圆片级透镜系统及其制造方法
【专利说明】圆片级透镜系统及其制造方法
【背景技术】
[0001] 相机模块是整合至各式各样的装置中。诸如手机、平板计算机及笔记本电脑的消 费类电子装置通常包含一小型相机模块。大多数的这类装置装备有一由固定配置的塑料透 镜所组成的透镜系统。典型的相机模块具有约两百万像素或更高的像素分辨率。有了这样 大量像素共享入射光，相关的透镜系统必须具有高度的（高的）光收集效率以产生足够亮 的影像。光收集效率可用术语"光圈值（F-number)"表示，其定义为透镜系统的有效焦距 (EFFL)对入射光瞳直径（D)的比率，即，F = EFFL/D。因此，光圈值为来自该透镜系统所收 集与成像的景象的光线部分的量度。低光圈值就等同高收集效率。为满足成本的限制及性 能需求，许多相机模块是由三个塑料透镜构成以产生一相对低的光圈值及可接受的成像特 性。塑料透镜是使用注塑成型技术大量生产及组装，连同影像传感器及电子电路一起形成 一照相机模块。
【发明内容】
[0002] 在一实施例中，一种用以将一景象成像在一像平面上的圆片级透镜系统包含一或 多个圆片级透镜，该一或多个圆片级透镜中的每一者具有（a) -具有相对的第一及第二表 面的基板，（b) -由一第一材料制成且设置在该第一表面上的第一透镜组件，以及（c) 一由 一第二材料制成且设置在该第二表面上的第二透镜组件，其中，对于该一或多个圆片级透 镜中的至少一者，该第一材料与该第二材料不同。
[0003] 在一实施例中，一种用以将一景象成像在一像平面上的圆片级透镜系统包含三个 在光学上彼此串联耦合的圆片级透镜，该三个圆片级透镜中的每一者具有（a) -具有相对 的第一及第二表面的基板，（b) -设置在该第一表面上且具有一背向该第一表面的非球面 表面的第一透镜组件，以及（C) 一设置在该第二表面上且具有一背向该第二表面的非球面 表面的第二透镜组件。
[0004] 在一实施例中，一种用以制造一圆片级透镜系统的圆片级方法包含藉由以下步骤 形成一透镜圆片：(a)设置复数个由一第一材料制成的第一透镜组件在一基板的一第一表 面上，以及（b)设置复数个由一第二材料制成的第二透镜组件在该基板的一第二表面上， 其中该第二表面与该第一表面相对，该第二材料与该第一材料不同，且该复数个第二透镜 与该复数个第一透镜对齐。
【附图说明】
[0005] 图1说明根据一实施例整合至一相机装置内并包含至少一圆片级透镜的相机模 块。
[0006] 图2说明根据一实施例包含三个在光学上串联耦合的圆片级透镜的圆片级透镜 系统。
[0007] 图3A为图2的圆片级透镜系统的纵向球面像差曲线图。
[0008] 图3B为图2的圆片级透镜系统的畸变像差曲线图。
[0009] 图3C为图2的圆片级透镜系统的场曲像差曲线图。
[0010] 图3D为图2的圆片级透镜系统的像场横向色差曲线图。
[0011] 图4说明根据一实施例包含三个在光学上串联耦合的圆片级透镜的另一圆片级 透镜系统。
[0012] 图5A为图4的圆片级透镜系统的纵向球面像差曲线图。
[0013] 图5B为图4的圆片级透镜系统的畸变像差曲线图。
[0014] 图5C为图4的圆片级透镜系统的场曲像差曲线图。
[0015] 图为图4的圆片级透镜系统的像场横向色差曲线图。
[0016] 图6说明根据一实施例包含三个在光学上串联耦合的圆片级透镜的圆片级透镜 系统。
[0017] 图7说明根据一实施例用以制造一透镜圆片或复数个圆片级透镜的方法。
[0018] 图8说明根据一实施例用以制造一包含至少一圆片级透镜的相机模块的方法。
[0019] 附图标记说明：
[0020] 相机装置100
[0021] 相机模块110
[0022] 晶圆级透镜系统120、200、400、600
[0023] 影像传感器130
[0024] 电子电路板140
[0025] 晶圆级透镜 150、210(1)、210(2)、210(3)、410(1)、410(2)、410(3)、610(1)、 610(2)、610 (3)
[0026] 透镜组件 152、154、230(1)-230(6)、430 (1)-430 (6)、630 (1)-630 (6)
[0027] 基板 156、220(1)、220(2)、220(3)、420(1)、420(2)、420(3)、620(1)、620(2)、 620(3)
[0028] 表面 162、164
[0029] 非球面凸面 232(1，1)、232(4, 2)、432(1，1)、432(4, 2)
[0030] 平面 232(1，2)、232(2, 1)、232(3, 2)、232(4, 1)、232(5, 2)、232(6, 1)、432(1，2)、 432 (2, 1)、432 (3, 2)、432 (4, 1)、432 (5, 2)、
[0031] 非球面凹面 232(2, 2)、232(3, 1)、432(2, 2)、432(3, 1)
[0032] 非球面鸥翼形表面 232 (5, 1)、232 (6, 2)、432 (6, 2)
[0033] 盖玻璃 240、440、MO
[0034] 影像平面 25〇、45〇、65〇
[0035] 光轴 260、460、660
[0036] 总轨道长度 270、470、670
[0037] FOV 角 280、480、680
[0038] 纵向球面像差曲线 312、314、316、512、514、516
[0039] 畸变曲线 322、324、326、522、524、526
[0040] 像场弯曲 331-336、531-536
[0041] 横向色彩 342、344、346、542、544、546、548
[0042] 艾瑞盘半径348、548
[0043] 非球面表面432 (5, I)
[0044] 点 630(1)
[0045] 方法 700、800
[0046] 步骤 710、712、714、72〇、 810、82〇、83〇、84〇、85〇、 852
【具体实施方式】
[0047] 本发明包含至少部分地使用圆片级制造方法所产生的圆片级透镜系统。圆片级制 造的价格便宜且可以有传统注塑成型透镜不能够实现的透镜设计改进。特别是在本文中揭 示的圆片级透镜系统及相关制造方法中，一圆片级透镜的两个表面是形成在载体基板的两 相对侧面上。因此，每个透镜可以由二或三种不同的材料所组成，从而在与注塑成型透镜及 其它传统透镜相比时，提供额外的自由度来优化该透镜系统的性能。此外，本发明的圆片级 透镜系统可以使用具有回流焊接相容材料形成。这简化了包含该圆片级透镜系统的相机模 块的制造。
[0048] 图1说明一整合至一相机装置100内的例示性相机模块110。相机装置100为（例 如）手机、平板计算机、音乐播放器、笔记本计算机、桌上型计算机或另一电子装置或系统。 相机模块110包含一圆片级透镜系统120、影像传感器130及一电子电路板140。圆片级透 镜系统120将一景象成像在一影像传感器130上。电子电路板140促使了影像传感器130 的运作，诸如影像采集及影像读出。圆片级透镜系统120包含至少一圆片级透镜150。
[0049] 圆片级透镜150包含二个设置在一基板156的两相对侧面上的透镜组件152、154。 透镜组件152、154包含各自背向基板156的表面162、164。表面162、164与设在表面162、 164之间的材料一起形成一单一透镜。然而，与传统整个由相同材料构成的单一透镜相比， 透镜组件152、透镜组件154及基板156可由各自不同的材料所构成。因此，与（例如）需 要整个由相同材料构成的传统注塑成型透镜相比时，圆片级透镜150在透镜设计上提供了 额外的自由度。在一实施例中，圆片级透镜组件152、154由各自不同的材料所构成以改善 圆片级透镜系统120的性能面。例如，圆片级透镜组件152、154的材料在某些实施例中将 诸如色差、球面像差、畸变或像场弯曲的光学像差减至最低程度。这可导致圆片级透镜系统 120所改善的性能超过使用传统注塑成型透镜所能达到的程度。
[0050] 图1中所描绘的透镜组件152、154形状是例示性的，且透镜组件152、154的实际 形状在不偏离本发明范畴下可以不同。例如，图1中所示的凸面透镜表面162可为凹面、凸 面和凹面的组合、及/或具有与图1中所示者不同的非球面特性。
[0051] 圆片级透镜150是使用圆片级技术制造。复数个透镜组件152及各自的复数个透 镜组件154是形成在一基板圆片的两相对侧面上，该基板圆片随后经切割以产生个别的圆 片级透镜150。由于透镜组件152、透镜组件154及基板156是独立形成的。这些组件可由 不同的材料所构成，如上所述。此外，圆片级制造非常适合大量生产，且当与非圆片级制造 方法相比时通常与降低的制造成本相关联。
[0052] 在一些实施例中，相机模块110是使用回流焊接以形成至少一些与影像传感器 130及电子电路板140相关的电接点。例如，在影像传感器130及电子电路板140之间的电 接点于将圆片级透镜系统120与影像传感器130组装一起之后使用回流焊接而形成。在影 像传感器130与电子电路板组装一起之前将圆片级透镜系统120与影像传感器130组装一 起是有利的。此组装顺序不仅可简化圆片级透镜系统120与影像传感器130的校正，包含 圆片级透镜系统120及影像传感器130的光学模块可大量生产且随后整合至各种各样具有 不同电子电路板140特性的相机模块中。
[0053] 在一装配件的回流焊接中，永久性的电连接是通过加热该装配件以融熔设置在该 装配件的接触界面上的焊膏而形成。通常该装配件是加热至250Γ约10分钟以形成永久性 的连接。因此，在一些实施例中，圆片级透镜150、透镜组件152、透镜组件154及基板156是 由相容于回流焊接的材料所构成；透镜组件152、透镜组件15