本公开涉及透镜领域，尤其涉及一种近红外混合透镜系统。
背景技术：
近红外照相机被用于各种应用中，通常与弱光条件下的成像相关。这些应用包括受益于宽视场(FOV)的夜间监视和交通监控。在监视中，宽FOV使其可以利用单个照相机监控大区域。在交通监控中，车辆可被装备有一个或多个对车辆周围成像的照相机，例如夜间行驶时避免碰撞。在一些应用中，利用发出近红外光的一个或多个发光二极管照射场景。然后对近红外光敏感的照相机对实际上由场景中的物体散射的照明光成像。
大多数常规的宽FOV透镜系统包括大量的透镜元件和透镜表面，例如具有11个透镜表面/接口的6个透镜元件。这允许将具有多种折射率的许多不同材料合并到单个透镜系统中，以便正确地传播宽角度的光线穿过透镜系统。通常，为了收集和引导这些宽角度的光线，最接近场景的(一个或多个)透镜具有非常大的直径。
技术实现要素：
在此公开一种近红外、宽视场(FOV)混合透镜系统，该透镜系统在紧凑的封装中结合晶圆级透镜和两个铸造透镜，以在近红外光谱范围内对宽FOV场景成像。这些近红外、宽FOV混合透镜系统很好地适于合并到例如用于便携设备或受严格空间约束的其他设备中的紧凑照相机模块中。
在一个实施例中，将宽视场场景成像在像平面上的近红外混合透镜系统包括定位为最接近所述场景且至少部分透射近红外光的第一铸造透镜。所述透镜系统还包括定位为最接近所述像平面且至少部分透射近红外光的第二铸造透镜。另外，所述透镜系统包括至少部分透射近红外光且被布置在所述第一铸造透镜和所述第二铸造透镜之间的晶圆级透镜。所述晶圆级透镜具有(i)具有背对所述像平面的第一表面和面向所述像平面的第二表面的平面基板，(ii)被布置在所述第一表面上的第一透镜元件，以及(iii)被布置在所述第二表面上的第二透镜元件。
附图说明
图1示出根据一个实施例的在示例性照相机设备中实施的近红外宽FOV混合透镜系统。
图2示出图1的近红外宽FOV混合透镜系统的一个实施例。
图3A是图2的近红外宽FOV混合透镜系统的纵向球差的图。
图3B是图2的近红外宽FOV混合透镜系统的f-theta畸变的图。
图3C是图2的近红外宽FOV混合透镜系统的Petzval场曲的图。
图3D是图2的近红外宽FOV混合透镜系统的横向色差的图。
图4示出图1的近红外宽FOV混合透镜系统的另一个实施例。
图5A是图4的近红外宽FOV混合透镜系统的纵向球差的图。
图5B是图4的近红外宽FOV混合透镜系统的f-theta畸变的图。
图5C是图4的近红外宽FOV混合透镜系统的Petzval场曲的图。
图5D是图4的近红外宽FOV混合透镜系统的横向色差的图。
图6示出根据一个实施例的制造近红外宽FOV混合透镜系统的方法。
图7示出根据一个实施例的形成多个晶圆级透镜的方法。
图8示出根据一个实施例的生产铸造透镜的方法。
具体实施方式
图1示出在示例性照相机模块100中实施的示例性近红外、宽FOV混合透镜系统110。例如，照相机模块100是被配置为在便携设备(例如移动手机)或在受严格的空间限制的其他设备中实施的照相机立方体。然而，在不脱离其范围的情况下，照相机模块100可以为其他类型的照相机设备。在照相机模块100中，近红外、宽FOV混合透镜系统110与图像传感器150连接。近红外、宽FOV混合透镜系统110具有以FOV角180为特征的宽FOV。在一个实施例中，FOV角180至少为140度。近红外、宽FOV混合透镜系统110被配置为在近红外光谱范围内操作。在一个实施例中，近红外、宽FOV混合透镜系统110被配置为在从约825纳米(nm)至约875nm的光谱范围内操作。在另一个实施例中，近红外、宽FOV混合透镜系统110被配置为在约800nm至约2500nm的近红外光谱范围的至少一部分内操作。
近红外、宽FOV混合透镜系统110包括第一铸造透镜120、晶圆级透镜130和第二铸造透镜140。第一铸造透镜120、晶圆级透镜130和第二铸造透镜140为光学串联连接，以将场景成像在像平面上。在照相机模块100中，近红外、宽FOV混合透镜系统110的像平面基本上与图像传感器150一致。第一铸造透镜120、晶圆级透镜130和第二铸造透镜140的每个至少部分透射近红外光。例如，图像传感器150是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CCD)，或者其他对近红外光谱范围内的光敏感的焦平面阵列。第一铸造透镜120具有分别背对和面向近红外、宽FOV混合透镜系统110的像平面的透镜表面123和125。晶圆级透镜130包括被布置在基板136的相对侧上的透镜元件132和134。透镜元件132具有背对近红外、宽FOV混合透镜系统110的像平面的透镜表面133。透镜元件134具有面向近红外、宽FOV混合透镜系统110的像平面的透镜表面135。第二铸造透镜140具有分别背对和面向近红外、宽FOV混合透镜系统110的像平面的透镜表面143和145。
铸造透镜120和140的每个被一体地形成，即，由一种材料且在一块中形成。因此，铸造透镜120和140的每个全部由单一材料组成。然而，在不脱离其范围的情况下，铸造透镜120和140的一个或两个可以包括一个或多个表面涂层，例如抗反射涂层。在透镜的铸造后，这种涂层被应用至铸造透镜。
铸造透镜120和140可以以非常低的费用被制造，例如利用注塑成型技术。晶圆级透镜130受益于晶圆级批量生产方法，以使得与铸造透镜120和140相关的其他方法相比甚至更低的制造费用。此外，晶圆级透镜130的晶圆级生产允许透镜元件132和134由与基板136的材料不同的材料制造，同时允许透镜元件132和134分别由两种不同的材料制造。与铸造透镜相比，这种材料选择的附加的自由提供附加的灵活性以获得晶圆级透镜130的期望性能属性。在一个实施例中，透镜元件132和134由与基板136的材料不同的材料制造。然而，不是所有的透镜形状都与晶圆级制造相容。例如，不是所有的透镜形状都能够在两个透镜表面间容纳平面基板。近红外、宽FOV混合透镜系统110包括铸造透镜120和140，以获得与晶圆级制造不相容的、或至少在晶圆级上制造不现实的一定的透镜形状。至少部分借助于这些透镜形状，铸造透镜120与140和晶圆级透镜130配合以在紧凑的封装中对宽FOV成像。在图1中，近红外、宽FOV混合透镜系统110的像圈被像圈(IC)的直径190代表。在一个实施例中，第一铸造透镜120、晶圆级透镜130和第二铸造透镜140的每个具有小于IC直径190的直径。这与常规的近红外、宽FOV透镜系统形成了鲜明对比，其中最接近场景的透镜具有大大超过像圈直径的直径。因此，近红外、宽FOV混合透镜系统110可以与图像传感器150结合在明显小于利用常规的近红外、宽FOV透镜系统时所需要的封装的照相机模块100中。因此，近红外、宽FOV混合透镜系统110很好地适于合并到具有小形状因数的照相机模块100的实施例中。在一个实施例中，第一铸造透镜120、晶圆级透镜130和第二铸造透镜140的每个具有小于2.0mm的直径。
在一个实施例中，近红外、宽FOV混合透镜系统110的光学总长(如图1示出的TTL195)相似于或小于IC直径190，这允许将近红外、宽FOV混合透镜系统110合并到小形状因数实施例的照相机模块100中。例如，TTL195为约2.6毫米(mm)，或小于3mm，IC直径190为约2.4mm。在一个实施例中，TTL195小于IC直径190的1.1倍。
在此，透镜系统的“像圈”指的是相对于光轴位置，被透镜系统传输的光锥在像平面上能够达到的最远位置的集合或集。对于轴对称透镜系统(例如在此公开的那些)，这个集合或集描述像平面上的圆圈。在此，像圈被定义为与像平面处的圆锥的半最大值全宽度一致的圆圈。在此，透镜系统的“光学总长”指的是平行于透镜系统的光轴，从透镜系统的像平面到距离该像平面最远的透镜表面的最大距离。
尽管如图1所示具有匹配IC直径190的边长，图像传感器150的边长可以不同于IC直径190。在一个示例中，图像传感器150的全部在IC直径190之内，因此由近红外、宽FOV混合透镜系统110在图像传感器150上形成的图像没有或者至少几乎没有渐晕。在另一个示例中，以IC直径190为特征的像圈的至少一部分在图像传感器150之内，因此被图像传感器150捕获的图像显示一些程度的渐晕。
图2示出包括光学串联连接的第一铸造透镜210(1)、晶圆级透镜210(2)和第二铸造透镜210(3)的一个示例性近红外、宽FOV混合透镜系统200。通过非限制性的示例，近红外、宽FOV混合透镜系统200示出关于图1讨论的有益概念。虽然对于近红外、宽FOV混合透镜系统公开特定的参数值，真实值可以偏离公开的值。公开的参数值是值的范围的特定示例，且能够延伸到这样的值的范围。近红外、宽FOV混合透镜系统200是近红外、宽FOV混合透镜系统110的实施例。晶圆级透镜210(2)是晶圆级透镜130的实施例。铸造透镜210(1)和210(3)分别是铸造透镜120和140的实施例。
近红外、宽FOV混合透镜系统200被配置为，将场景成像在像平面250上，其中保护玻璃240放置在近红外、宽FOV混合透镜系统200和像平面250之间。例如，保护玻璃240由玻璃、塑料或者其组合制造。近红外、宽FOV混合透镜系统200具有光学总长295，且在像平面250上形成像圈290。近红外、宽FOV混合透镜系统200具有由FOV角280指示的FOV。图2还指示出近红外、宽FOV混合透镜系统200的光轴260。
铸造透镜210(1)具有分别背对和面向像平面250的凸透镜表面212(1,1)和凹透镜表面212(1,2)。透镜表面212(1,1)和212(1,2)均为球形，因此简化铸造透镜210(1)的加工。晶圆级透镜210(2)包括透镜元件230(1)和230(2)，以及基板220。透镜元件230(1)和230(2)分别是透镜元件132和134的实施例。基板220是基板136的实施例。基板220具有背对像平面250的基本上平面的表面222(1)和面向像平面250的基本上平面的表面222(2)。透镜元件230(1)和230(2)分别被布置在表面222(1)和222(2)上。透镜元件230(1)具有背对像平面250的凸透镜表面212(2,1)。透镜元件230(2)具有面向像平面250的凸透镜表面212(2,2)。铸造透镜210(3)具有分别背对和面向像平面250的透镜表面212(3,1)和212(3,2)。铸造透镜210(3)为鸥翼形，且透镜表面212(3,1)和212(3,2)的每个包括凸部分和凹部分。透镜表面212(2,1)、212(2,2)、212(3,1)和212(3,2)均为非球面。
表面222(1)处的透镜元件230(1)和基板220之间的接口包括孔径光阑。在一个实施例中，该孔径光阑为物理物体，例如不透明涂层，由虚线235指示出。孔径光阑可以具有不同于由虚线235指示出的范围。在另一个实施例中，透镜表面212(2,1)的直径，与从透镜表面212(2,1)传播至表面222(1)的光线的传播角度一起，定义透镜元件230(1)和表面222(1)之间的接口处的孔径光阑。在又一个实施例中，在表面222(1)处的透镜元件230(1)的直径定义孔径光阑。
在不脱离其范围的情况下，基板220的直径可以大于图2中所示出的。同样，透镜元件230(1)的直径可以大于图2所示出的，在这种情况中，孔径可被布置在表面222(1)上以形成孔径光阑。同样在不脱离其范围的情况下，尽管下面展现的光学性能假设如图2中所示出的光学活性区域，透镜元件230(1)和230(2)以及铸造透镜210(1)和210(3)可以具有大于图2所示出的直径。
凸透镜表面212(1,1)收集入射光线并指引那些光线进入近红外、宽FOV混合透镜系统200中。凹透镜表面212(1,2)和凸透镜表面212(2,1)配合以调整被凸透镜表面212(1,1)收集的光线的传播方向，以引导这些光线穿过透镜元件230(1)和表面222(1)之间的接口处的孔径光阑。凸透镜表面212(2,2)将穿过孔径光阑的光线传送至透镜表面212(3,1)。透镜元件230(1)和表面222(1)之间的接口处的孔径光阑用于(至少在一定程度上)保持分别与场位置相关联的每束光线束的对称性，使得晶圆级透镜210(2)之前的光线束的角度扩展相似于晶圆级透镜210(2)之后的相应光线束的角度扩展。铸造透镜210(3)弯曲从凸透镜表面212(2,2)接收的光线束以到达像平面250。透镜表面212(2,2)、212(3,1)和212(3,2)配合以平衡光学像差，尤其是畸变、像散和彗差。
表1A和1B列出近红外、宽FOV混合透镜系统200的透镜数据。透镜数据包括所有透镜表面212、铸造透镜210(1)、透镜元件230(1)和230(2)、基板220和铸造透镜210(3)的设计参数的值。透镜数据还包括孔径光阑(STO)位置、保护玻璃(CG)240的结构和保护玻璃240与像平面(IMA)250之间的间隔。另外，假设的物体(OBJ)位置和位于透镜表面212(1,1)处的虚拟表面一起被列出。物体(OBJ)和虚拟表面的直径定义140度的FOV角。铸造透镜210(1)、透镜元件230(1)和230(2)、基板220、铸造透镜210(3)和保护玻璃240的每个的材料特性和厚度示于表1A中，从物方看去与各自元件的第一表面相同的行中。表1A指示出的材料特性为(a)夫琅禾费D-线λD＝589.3的折射率nD，以及(b)阿贝数。阿贝数为材料中光色散的度量且被定义为Vd＝(nD-1)(nF-nC)，其中nF和nC分别为夫琅禾费F-线λF＝486.1nm和夫琅禾费C-线λC＝656.3nm的折射率。
表1B列出透镜表面212(2,1)、212(2,2)、212(3,1)和212(3,2)的每个的非球面系数。对于这些非球面透镜表面的每个，表面轮廓被表示为
其中Z为平行于光轴260、作为距离光轴260的径向距离s的函数的表面凹陷，C为曲率半径的倒数，k为二次曲线常数，A4,A6,…分别为第4，第6……阶非球面项。
近红外、宽FOV混合透镜系统200具有2.1的工作F值、2.408mm的IC290和2.62mm的TTL295。对于近红外、宽FOV混合透镜系统200，遵循TTL＝1.09×IC。
表1A中明显地，就折射率和阿贝数而言，透镜元件230(1)和230(2)具有相同的材料特性。然而，铸造透镜210(1)的材料不同于透镜元件230(1)和230(2)的材料，且铸造透镜210(3)的材料不同于铸造透镜210(1)以及透镜元件230(1)和230(2)的材料。在一个示例中，铸造透镜210(1)与210(3)由玻璃制造，例如SCHOTT玻璃。在另一个示例中，铸造透镜210(1)与210(3)的至少一个由至少部分透射近红外光的塑料或其他光学材料制造。透镜元件230(1)与230(2)由聚合物制造，例如环氧树脂。
透镜表面212(1,1)的外径在光轴260上的投影在透镜表面212(1,2)在光轴260上的位置的光学下游。因此，不可能如基于基板的晶圆级透镜加工铸造透镜210(1)。在铸造透镜210(3)的情况中，最接近像平面250的透镜表面212(3,1)的部分在光轴260上的投影仅仅在距离透镜表面212(3,2)在光轴260上的位置的约40微米上游。因此，在晶圆级上(以相似于晶圆级透镜210(2)的方式)生产铸造透镜210(3)不现实，因为这样的晶圆级透镜的基板需要具有小于50微米的厚度。因此，近红外、宽FOV混合透镜系统200的设计依赖于通过铸造生产的铸造透镜210(1)和210(3)。
铸造透镜210(3)的直径小于IC290的直径，且铸造透镜210(1)和晶圆级透镜210(2)的每个的直径小于铸造透镜210(3)的直径。这样允许将近红外、宽FOV混合透镜系统200和图像传感器150封装在紧凑的照相机模块100中，其中照相机模块100封装的远离光轴260的径向范围由图像传感器150定义，而不是由近红外、宽FOV混合透镜系统200的一个或多个透镜定义。
透镜表面212(2,1)的曲率半径R3为使得R3/EFFL≥0.122，其中EFFL为近红外、宽FOV混合透镜系统200的有效焦距。这个不等式帮助最小化畸变像差。此外，透镜表面212(1,2)、212(2,1)、212(2,2)和212(3,2)的曲率半径为使得-1.4>R4/R2>-0.25、-0.9>R3/R4>-1.55和-0.95>R4/R6>-1.5，其中R2、R4和R6分别为透镜表面212(1,2)、212(2,2)和212(3,2)的曲率半径。这些关系相对于透镜表面212(2,2)的曲率半径(R4)描述约束近红外、宽FOV混合透镜系统200的曲率半径的约束。透镜表面212(2,2)为引起最大畸变像差的透镜表面。
图3A、3B、3C和3D示出由光学设计程序评价的近红外、宽FOV混合透镜系统200(图2)的光学性能。假定物体(OBJ)和像平面(IMA)250的位置如表1A中所示出，图3A、3B、3C和3D分别示出近红外、宽FOV混合透镜系统200的球差、f-theta畸变、场曲和横向色差。如3A、3B、3C和3D所显示，近红外、宽FOV混合透镜系统200在高光学品质的像平面250上产生图像。
图3A是近红外、宽FOV混合透镜系统200的纵向球差的图。图3A示出作为入射光瞳高度(在竖直轴上示出)的函数，以毫米为单位的纵向球差(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴260延伸到与FOV角280相关联的，距离光轴260的最极端的径向距离。最大入射光瞳半径为rp＝0.1931mm。纵向球差曲线312(实线)、314(虚线)和316(点划线)是分别在825nm、850nm和8756nm计算的。
图3B是近红外、宽FOV混合透镜系统200的f-theta畸变的图。图3B示出作为视场角(在竖直轴上示出)的函数，以百分比为单位的f-theta畸变(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴260延伸到通过FOV角280限制的最极端位置。因此，图3B中画出的最大视场角为θmax＝70.342°。畸变是分别在825nm、850nm和8756nm计算的，与畸变曲线322一致。
图3C是近红外、宽FOV混合透镜系统200的Petzval场曲的图。对于0和θmax＝70.342°之间的视场角(在竖直轴上示出)，以毫米为单位示出场曲(在水平轴上示出)。场曲331和场曲332是分别在矢面和切面内在825nm处计算的。场曲333和场曲334是分别在矢面和切面内在850nm处计算的。场曲335和场曲336分别对应于矢面和切面内在875nm处的场曲。
图3D是近红外、宽FOV混合透镜系统200的横向色差(也成为横向色像差)的图。图3D示出作为场高(在竖直轴上示出)的函数，以微米单位的横向色差(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴260延伸到与IC290相关联的，距离光轴260的最极端的径向距离。场高(field height)范围从hmin＝0(轴上)至hmax＝1.200mm。横向色差以850nm为参照，使得对于所有场高，对850nm的横向色差344为0。横向色差342是在825nm处计算的。横向色差346是在875nm处计算的。对于被评价的场高的范围，横向色差明显小于艾里斑半径348。
图4示出包括光学串联连接的第一铸造透镜410(1)、晶圆级透镜410(2)和第二铸造透镜410(3)的另一个示例性近红外、宽FOV混合透镜系统400。非限制性地，近红外、宽FOV混合透镜系统400示出关于图1讨论的有益概念。虽然对于近红外、宽FOV混合透镜系统400公开特定的参数值，真实值可以偏离公开的值。公开的参数值为值的范围的特定示例，且能够延伸到这样的值的范围。近红外、宽FOV混合透镜系统400是近红外、宽视场混合透镜系统110的实施例。晶圆级透镜410(2)是晶圆级透镜130的实施例。铸造透镜410(1)和410(3)分别是铸造透镜120和140的实施例。
近红外、宽FOV混合透镜系统400被配置为将场景成像在像平面450上，其中保护玻璃440放置在近红外、宽FOV混合透镜系统400和像平面450之间。例如，保护玻璃440由玻璃、塑料或者其组合制造。近红外、宽FOV混合透镜系统400具有光学总长495，且在像平面450上形成像圈490。近红外、宽FOV混合透镜系统400具有由FOV角480指示的FOV。图4还指示出近红外、宽FOV混合透镜系统400的光轴460。
铸造透镜410(1)具有分别背对和面向像平面450的凸透镜表面412(1,1)和凹透镜表面412(1,2)。透镜表面412(1,1)和412(1,2)均为球形，因此简化铸造透镜410(1)的加工。晶圆级透镜410(2)包括透镜元件430(1)与430(2)，以及基板420。透镜元件430(1)与430(2)分别是透镜元件132和134的实施例。基板420是基板136的实施例。基板420具有背对像平面450的基本平面的表面422(1)和面向像平面450的基本平面的表面422(2)。透镜元件430(1)与430(2)分别被布置在表面422(1)和422(2)上。透镜元件430(1)具有背对像平面450的凸透镜表面412(2,1)。透镜元件430(2)具有面向像平面450的凸透镜表面412(2,2)。铸造透镜410(3)具有分别背对和面向像平面450的透镜表面412(3,1)和412(3,2)。铸造透镜410(3)为鸥翼形，且透镜表面412(3,1)和412(3,2)的每个包括凸部分和凹部分。透镜表面412(2,1)、412(2,2)、412(3,1)和412(3,2)均为非球面。
在表面422(1)处的透镜元件430(1)和基板420之间的接口包括孔径光阑。在一个实施例中，该孔径光阑为物理物体，例如不透明涂层，由虚线435指示出。孔径光阑可以具有不同于虚线435指示出的孔径光阑的范围。在另一个实施例中，透镜表面412(2,1)的直径，与从透镜表面412(2,1)传播至表面422(1)的光线的传播角度一起，定义透镜元件430(1)和表面422(1)之间的接口处的孔径光阑。在又一个实施例中，在表面422(1)处的透镜元件430(1)的直径定义孔径光阑。
在不脱离其范围的情况下，基板420的直径可以大于图4中所示出的。同样，透镜元件430(1)的直径可以大于图4所示出的，在这种情况种，孔径可被布置在表面422(1)上以形成孔径光阑。同样在不脱离其范围的情况下，尽管下面展示的光学性能假设如图4中所示出的光学活性区域，透镜元件430(1)和430(2)以及铸造透镜410(1)和410(3)可以具有大于图4所示的直径。
凸透镜表面412(1,1)收集入射光线且指引那些光线进入近红外、宽FOV混合透镜系统400中。凹透镜表面412(1,2)和凸透镜表面412(2,1)配合以调整被凸透镜表面412(1,1)收集的光线的传播方向，以引导这些光线穿过在透镜元件430(1)和表面422(1)之间的接口处的孔径光阑。凸透镜表面412(2,2)将穿过孔径光阑的光线传送至透镜表面412(3,1)。在透镜元件430(1)和表面422(1)之间的接口处的孔径光阑用于(至少在一定程度上)保持分别与场位置相关联的每个光线束的对称性,使得在晶圆级透镜410(2)之前的光线束的角度扩展相似于晶圆级透镜410(2)之后的光线束的角度扩展。铸造透镜410(3)弯曲从凸透镜表面412(2,2)接收的光线束以到达像平面450。透镜表面412(2,2)、412(3,1)和412(3,2)配合以平衡光学像差，尤其是畸变、像散和彗差。
表2A和2B列出近红外、宽FOV混合透镜系统400的透镜数据。透镜数据包括所有透镜表面412、铸造透镜410(1)、透镜元件430(1)与430(2)、基板420和铸造透镜410(3)的设计参数的值。透镜数据还包括孔径光阑(STO)的位置、保护玻璃(CG)440的结构和保护玻璃440与像平面(IMA)450之间的间隔。另外，假设的物体(OBJ)的位置和位于透镜表面412(1,1)处的虚拟表面一起被列出。物体(OBJ)和虚拟表面的直径定义140度的FOV角。铸造透镜410(1)、透镜元件430(1)与430(2)、基板420、铸造透镜410(3)和保护玻璃440的每个的材料特性和厚度示于表2A，从物方看去与各自元件的第一表面相同的行中。表2A指示出的材料特性为(a)夫琅禾费D-线λD＝589.3的折射率nD，以及(b)阿贝数。表2B列出透镜表面212(2,1)、212(2,2)、212(3,1)和212(3,2)的每个的非球面系数。
近红外、宽FOV混合透镜系统400具有2.1的工作F值、2.408mm的IC490和2.62mm的TTL495。对于近红外、宽FOV混合透镜系统400，遵循TTL＝1.09×IC。
表2A中明显地，就折射率和阿贝数而言，透镜元件430(1)与430(2)具有相同的材料特性。然而，铸造透镜410(1)的材料不同于透镜元件430(1)与430(2)的材料，且铸造透镜410(3)的材料不同于铸造透镜410(1)以及透镜元件430(1)和430(2)的材料。在一个示例中，铸造透镜410(1)与410(3)由玻璃制造，例如SCHOTT玻璃。在另一个示例中，铸造透镜410(1)与410(3)的至少一个由至少部分透射近红外光的塑料或其他光学材料制造。透镜元件430(1)与430(2)由聚合物(例如环氧树脂)制造。
透镜表面412(1,1)的外径在光轴460上的投影在透镜表面412(1,2)在光轴460上的位置的光学下游。因此，不可能如基于基板的晶圆级透镜加工铸造透镜410(1)。在铸造透镜410(3)的情况中，最接近像平面450的透镜表面412(3,1)的部分在光轴460上的投影仅仅在距离透镜表面412(3,2)在光轴460上位置的约40微米上学。因此，在晶圆级上(以相似于晶圆级透镜410(2)的方式)生产铸造透镜410(3)不现实，因为这样的晶圆级透镜的基板需要具有小于50微米的厚度。因此，近红外、宽FOV混合透镜系统400的设计依赖于通过铸造生产的铸造透镜410(1)和410(3)。
铸造透镜410(3)的直径小于IC490的直径，且铸造透镜410(1)和晶圆级透镜410(2)的每个的直径小于铸造透镜410(3)的直径。这样允许将近红外、宽FOV混合透镜系统400和图像传感器150封装在紧凑的照相机模块100中，其中照相机模块100封装的远离光轴460的径向范围由图像传感器150定义，而不是由近红外、宽FOV混合透镜系统400的一个或多个透镜定义。
透镜表面412(2,1)的曲率半径R3为使得R3/EFFL≥0.122，其中EFFL为近红外、宽FOV混合透镜系统400的有效焦距。这个不等式帮助最小化畸变像差。此外，透镜表面412(1,2)、412(2,1)、412(2,2)和412(3,2)的曲率半径为使得-1.4>R4/R2>-0.25、-0.9>R3/R4>-1.55和-0.95>R4/R6>-1.5，其中R2、R4和R6分别为透镜表面412(1,2)、412(2,2)和412(3,2)的曲率半径。这些关系相对于透镜表面412(2,2)的曲率半径(R4)描述约束近红外、宽FOV混合透镜系统400的曲率半径的约束。透镜表面412(2,2)为引起最大畸变像差的透镜表面。
图5A、5B、5C和5D示出由光学设计程序评价的近红外、宽FOV混合透镜系统400(图4)的光学性能。假定物体(OBJ)和像平面(IMA)450的位置如表2A中所示出，图5A、5B、5C和5D分别示出近红外、宽FOV混合透镜系统400的球差、f-theta畸变、场曲和横向色差。如5A、5B、5C和5D所显示，近红外、宽FOV混合透镜系统400在高光学品质的像平面450上产生图像。
图5A是近红外、宽FOV混合透镜系统400的纵向球差的图。图5A示出作为入射光瞳高度(在竖直轴上示出)的函数，以毫米为单位的纵向球差(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴460延伸到与FOV角480相关联的，距离光轴460的最极端的径向距离。最大入射光瞳半径为r_p＝0.1939mm。纵向球差曲线512(实线)、514(虚线)和516(点划线)是分别在825nm、850nm和8756nm计算的。
图5B是近红外、宽FOV混合透镜系统400的f-theta畸变的图。图5B示出作为视场角(在竖直轴上示出)的函数，以百分比为单位的f-theta畸变(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴460延伸到通过FOV角480限制的最极端位置。因此，图5B中画出的最大视场角为θmax＝70.291°。畸变是分别在825nm、850nm和8756nm计算的，与畸变曲线522一致。
图5C是近红外、宽FOV混合透镜系统400的Petzval场曲的图。对于在0和θmax＝70.291°之间的视场角(在竖直轴上示出)，以毫米为单位示出场曲(在水平轴上示出)。场曲531和场曲532是分别在矢面和切面内在825nm处计算的。场曲533和场曲534是分别在矢面和切面内在850nm处计算的。场曲535和场曲536分别对应于在矢面和切面内在875nm处的场曲。
图5D是近红外、宽FOV混合透镜系统400的横向色差(也成为横向色像差)的图。图5D示出作为场高(在竖直轴上示出)的函数，以微米为单位的横向色差(在水平轴上示出)。竖直轴从光轴460延伸到与IC490相关联的，距离光轴460的最极端的径向距离。场高范围从hmin＝0(轴上)至hmax＝1.200mm。横向色差以850nm为参照，使得对于所有场高，对850nm的横向色差544为0。横向色差542是在825nm计算的。横向色差546是在875nm计算的。对于被评价的场高的范围，横向色差明显小于艾里斑半径548。
图6示出用于加工近红外、宽FOV混合透镜系统110(图1)的示例性方法600。根据近红外、宽FOV混合透镜系统200(图2)的透镜说明或根据近红外、宽FOV混合透镜系统400(图4)的透镜说明，利用方法600以形成近红外、宽FOV混合透镜系统110。
在步骤640中，方法600组装近红外、宽FOV混合透镜系统110。步骤640包括步骤642，其中将铸造透镜120、晶圆级透镜130和铸造透镜140安装在固定装置中。该固定装置用于光学串联放置铸造透镜120、晶圆级透镜130和铸造透镜140，如图1中所示出。在一个示例中，步骤642利用本领域中已知的方法将铸造透镜120、晶圆级透镜130和铸造透镜140安装在固定装置中。
可选地，步骤640在步骤610、620和630之后。在步骤610中，方法600形成晶圆级透镜130。在步骤620中，方法600铸造铸造透镜120。在步骤630中，方法600铸造铸造透镜140。
在一个实施例中，方法600还包括基于近红外、宽FOV混合透镜系统110制造照相机模块100的步骤650。步骤650包括将近红外、宽FOV混合透镜系统100与图像传感器150连接以形成照相机模块100的步骤652。在一个示例中，步骤642的固定装置被配置为安装到包括图像传感器150的电子线路板上。
图7示出用于形成多个晶圆级透镜130(图1)的示例性方法700。方法600的步骤610(图6)可以实施方法700。
在步骤710中，在由与基板136相关联的材料制造的晶圆的第一表面上形成多个透镜元件132。在步骤710的一个实施例中，在晶圆的第一表面上塑造多个透镜元件。例如，树脂(例如聚合树脂)沉积在晶圆的第一表面上；具有多个凹处(每个的形状互补于透镜表面133)的模具被放置于第一表面上(具有树脂)，树脂被固化，且模具被从第一表面移除。树脂为紫外(UV)固化环氧树脂，该紫外(UV)固化环氧树脂通过将UV光穿过晶圆照射到第一表面上的树脂而被固化。
在步骤720中，在步骤710的晶圆的第二表面上形成多个透镜元件134，其中第二表面背对第一表面。步骤720可利用与步骤710相同的方法，然而利用具有多个凹处的模具，每个凹处具有互补于透镜表面135的形状，并被放置于晶圆的与步骤710中使用的模具的凹处的一个相同的位置。
在步骤730中，从晶圆分割多个晶圆级透镜130。晶圆被切割(例如利用本领域已知的技术)以形成多个晶圆级透镜130。
图8示出用于生产铸造透镜120和140的任一个(图1)的示例性方法800。方法600的步骤620和630的一个或两个可以实施方法800。
在步骤810中，熔融玻璃或树脂(例如环氧树脂)被布置在具有与铸造透镜(即铸造透镜120和140的一个)的形状互补的形状的模具中。
在步骤820中，熔融玻璃或树脂被硬化。在一个示例中，步骤810和820利用熔融玻璃，该熔融玻璃通过冷却被硬化。在另一个示例中，步骤810和820利用UV固化环氧树脂，且步骤820包括将树脂暴露至UV光。步骤820导致在模具内部的铸造透镜的形成。
在步骤830中，打开模具以从其释放铸造透镜。
特征组合
在不脱离其范围的情况下，上述的和下面所请求的特征可以以各种方式组合。例如，应该理解的是，在此描述的具有宽视场的一个近红外、宽视场混合透镜系统的方面可以包含或替换在此描述的具有宽视场的另一个近红外、宽FOV混合透镜系统的特征。以下示例示出上述实施例的一些可能的、非限制性的组合。应该清楚的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在此可以对系统做出许多其他的改变和修改：
(A1)用于将宽视场场景成像在像平面上的近红外混合透镜系统可以包括(a)位于最接近场景的位置且至少部分透射近红外光的第一铸造透镜，(b)位于最接近像平面的位置且至少部分透射近红外光的第二铸造透镜，以及(c)至少部分透射近红外光且被布置在第一铸造透镜和第二铸造透镜之间的晶圆级透镜。
(A2)在如(A1)表示的近红外混合透镜系统中，晶圆级透镜可以包括(a)具有背对像平面的第一表面和面向像平面的第二表面的平面基板，(b)被布置在第一表面上的第一透镜元件，以及(c)被布置在第二表面上的第二透镜元件。
(A3)在如(A2)表示的近红外混合透镜系统中，晶圆级透镜的第一透镜元件和第二透镜元件均可以为第一材料。
(A4)在如(A3)表示的近红外混合透镜系统中，第一材料可以不同于第一铸造透镜和第二铸造透镜的每个的材料。
(A5)在如(A2)到(A4)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一透镜元件可以具有背对像平面的凸表面，第二透镜元件具有面向像平面的凸表面。
(A6)在如(A1)到(A5)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一铸造透镜、晶圆级透镜和第二铸造透镜的每个可以至少部分透射波长范围从825至875纳米的光。
(A7)在如(A1)到(A6)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第二铸造透镜可以具有小于近红外混合透镜系统的像圈直径的直径。
(A8)在如(A1)到(A7)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一铸造透镜和晶圆级透镜的每个可以具有小于第二铸造透镜的直径。
(A9)在如(A1)到(A8)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一铸造透镜可以具有背对像平面的凸表面和面向像平面的凹表面。
(A10)在如(A9)表示的近红外混合透镜系统中，凸表面和凹表面的每个可以为球形。
(A11)在如(A1)到(A10)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第二铸造透镜可以为鸥翼形。
(A12)在如(A11)表示的近红外混合透镜系统中，第二铸造透镜可以具有背对像平面的第一透镜表面和面向像平面的第二透镜表面，其中第一透镜表面在近红外混合透镜系统的光轴处为凸的且第二透镜表面在光轴处为凹的。
(A13)在如(A12)表示的近红外混合透镜系统中，第一铸造透镜可以具有背对像平面的凸表面和面向像平面的凹表面。
(A14)在如(A12)表示的近红外混合透镜系统中，晶圆级透镜可以包括(a)具有背对像平面的第一表面和面向像平面的第二表面的平面基板，(b)被布置在第一表面上且具有背对像平面的凸表面的第一透镜元件，以及(c)被布置在第二表面上且具有面向像平面的凸表面的第二透镜元件。
(A15)在如(A1)到(A14)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一铸造透镜可以具有大于(a)第二铸造透镜和(b)晶圆级透镜的第一透镜元件与第二透镜元件的每个的每个的阿贝数，其中第一透镜元件与第二透镜元件被布置在平面基板的两个相对侧上。
(A16)在如(A15)表示的近红外混合透镜系统中，第二铸造透镜可以具有大于第一透镜元件和第二透镜元件的每个的阿贝数的阿贝数。
(A17)在如(A1)到(A16)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，晶圆级透镜的第一透镜元件可以具有曲率半径R3，使得R3/EFFL≥0.122，其中EFFL为近红外混合透镜系统的有效焦距，其中第一透镜元件被布置在平面基板上且背对像平面。
(A18)在如(A1)到(A17)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，晶圆级透镜可以包括(a)具有背对像平面的第一表面和面向像平面的第二表面的平面基板，(b)被布置在第一表面上的第一透镜元件，以及(c)被布置在第二表面上的第二透镜元件，其中(a)第一铸造透镜可以具有面向像平面且具有曲率半径R2的S2透镜表面，(b)第一透镜元件可以具有背对像平面且具有曲率半径R3的S3透镜表面，(c)第二透镜元件可以具有面向像平面且具有曲率半径R4的S4透镜表面，(d)第二铸造透镜可以具有面向像平面且具有曲率半径R6的S6透镜表面。
(A19)在如(A18)表示的近红外混合透镜系统中，曲率半径可以为使得-1.4>R4/R2>-2.5,-0.9>R3/R4>-1.55,以及-0.95>R4/R6>-1.5。
(A20)如(A1)到(A19)表示的近红外混合透镜系统的任一个可以具有至少140度的视场角。
(A21)如(A1)到(A20)表示的近红外混合透镜系统的任一个可以具有小于2.2的工作F值。
(A22)如(A1)到(A21)表示的近红外混合透镜系统的任一个可以具有像圈(IC)和光学总长(TTL)，使得TTL<1.1xIC。
(A23)如(A22)表示的近红外混合透镜系统可以具有TTL<3.0毫米。
(A24)在如(A1)到(A23)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第一铸造透镜、晶圆级透镜和第二铸造透镜的每个可以具有小于2.0毫米的直径。
(A25)在如(A1)到(A24)表示的近红外混合透镜系统的任一个中，第二铸造透镜可以具有大于第一铸造透镜和晶圆级透镜的每个的直径。
在不脱离其范围的情况下，可以对上述系统做出改变。因此，应该注意的是，在上述描述中包含的或在附图中示出的方法，应该被理解为说明性的且不具有限制意义。所附权利要求旨在覆盖在此描述的所有通用和特定特征，以及本方法和本系统的范围的在语言上的所有声明应被认为落入其间。