低剖面混合型透镜系统及其制造方法

文档序号:10470423
低剖面混合型透镜系统及其制造方法
【专利摘要】一种用于使场景在影像平面上成像的低剖面混合型透镜系统,其包括:(a)晶圆级透镜,其带有(i)具有对置的第一表面及第二表面的平面基板,(ii)安置于第一表面上的第一材料的第一透镜元件,以及(iii)安置于第二表面上的第二材料的第二透镜元件;(b)第一铸造透镜;以及(c)第二铸造透镜;其中,晶圆级透镜、第一铸造透镜与第二铸造透镜以串联形式光学耦接。一种用于制造低剖面混合型透镜系统的方法包括于夹具中安装晶圆级透镜、第一铸造透镜与第二铸造透镜,从而以串联形式光学耦接晶圆级透镜以及第一铸造透镜与第二铸造透镜。
【专利说明】
低剖面混合型透镜系统及其制造方法
技术领域
[0001 ]本发明设及低剖面混合型透镜系统及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 相机并入于大量器件中。诸如移动电话、平板计算机与膝上型计算机之消费电子 器件一般包括微型相机模块。大多数该等器件配备由塑料透镜W固定组态组成之透镜系 统。为满足该等器件稳定减少之形状因子之要求,相机模块之成像物镜必须具有低剖面。举 例而言,现代照相手机之厚度可能小于10毫米(mm),包括外壳厚度。在满足此类苛刻形状因 子要求之同时,相机模块必须提供高分辨率影像。运对透镜与影像传感器均施加约束。典型 相机模块拥有约2百万或更高像素之分辨率。在如此大量像素共享入射光的情形下,关联透 镜系统必须具有高采光效率,从而可产生足够明亮之影像。为避免渐晕,透镜系统必须产生 至少与影像传感器相同大小之像圈。大多数分辨率为2百万或更高像素之影像传感器具有 几毫米的边长。因此,关联透镜系统必须产生直径至少为几毫米之像圈。

【发明内容】

[0003] 本文中掲示组合一晶圆级透镜与一或多个铸造透镜W在一短总轨道长度情形下 产生大像圈之低剖面混合型透镜系统。该等低剖面混合型透镜系统非常适合用于并入至诸 如移动电话之可携式器件内使用之微型相机模块中。
[0004] 于一实施例中,一种用于使一场景在影像平面上成像之一低剖面混合型透镜系 统,其包括:(a)-晶圆级透镜,其带有(i)具有对置的第一表面及第二表面之一平面基板, (ii)安置于第一表面上之一第一材料之一第一透镜元件,W及(iii)安置于第二表面上之 一第二材料之一第二透镜元件;(b)-第一铸造透镜;W及(C)一第二铸造透镜;其中,晶圆 级透镜、该第一铸造透镜与该第二铸造透镜W串联形式光学禪接。
[0005] 于一实施例中,一种用于制造低剖面混合型透镜系统之方法包括于一夹具中安装 一晶圆级透镜、一第一铸造透镜与一第二铸造透镜,从而W串联形式光学禪接该晶圆级透 镜W及该第一铸造透镜与该第二铸造透镜,其中该晶圆级透镜包括(a)具有对置之第一表 面与第二表面之一平面基板,(b)安置于第一表面上之一第一材料之一第一透镜元件,W及 (C)安置于第二表面上之一第二材料之一第二透镜元件。
【附图说明】
[0006] 图1说明根据一实施例于一例示性相机器件中实作之一低剖面混合型透镜系统。
[0007] 图2说明图1之低剖面混合型透镜系统之一个实施例。
[000引图3A为图2之低剖面混合型透镜系统的纵向球面像差之曲线图。
[0009]图3B为图2之低剖面混合型透镜系统的f-theta失真之曲线图。
[0010]图3C为图2之低剖面混合型透镜系统的佩兹瓦尔像场弯曲之曲线图。
[0011]图3D为图2之低剖面混合型透镜系统的横向色差之曲线图。
[0012]图4说明图1之低剖面混合型透镜系统的另一实施例。
[OOK]图5A为图4之低剖面混合型透镜系统的纵向球面像差之曲线图。
[0014]图5B为图4之低剖面混合型透镜系统的f-theta失真之曲线图。
[001引图5C为图4之低剖面混合型透镜系统的佩兹瓦尔像场弯曲之曲线图。
[0016]图5D为图4之低剖面混合型透镜系统的横向色差之曲线图。
[0017]图6说明根据一实施例之制造低剖面混合型透镜系统之方法。
[0018]图7说明根据一实施例之形成复数个晶圆级透镜的方法。
[0019 ]图8说明根据一实施例之产生铸造透镜之方法。
【具体实施方式】
[0020]图1说明于一例示性相机器件100中实作之一例示性低剖面混合型透镜系统120。 相机器件100是(例如)行动电话、平板电脑或膝上型电脑。然而,在不偏离本案范畴的情形 下,相机器件100可为另一类型相机器件。低剖面混合型透镜系统120与相机模组110中之影 像传感器130相禪接。相机模组110实作于相机器件100中。
[0021 ]低剖面混合型透镜系统120包括晶圆级透镜150、铸造透镜160及铸造透镜170。晶 圆级透镜150W及铸造透镜160及170W串联形式光学禪接,从而使场景在影像平面上成像。 于相机模组110中,低剖面混合型透镜系统120之影像平面与影像传感器130实质上重合。晶 圆级透镜150包括安置于基板156之对置侧上之透镜元件152及154。透镜元件152具有背对 低剖面混合型透镜系统120之影像平面之透镜表面153。透镜元件154具有面向低剖面混合 型透镜系统120之影像平面之透镜表面155。铸造透镜160具有分别背对与面向低剖面混合 型透镜系统120之影像平面之透镜表面163及165。铸造透镜170具有分别背对与面向低剖面 混合型透镜系统120之影像平面之透镜表面173及175。
[0022] 铸造透镜160及170中之每一者是一体成型,即,其均采用一种材料形成为单件透 镜。因此,铸造透镜160及170中之每一者通体由单一材料构成。然而,在不偏离本案范畴的 情形下,铸造透镜160及170其中之一或二者均可包括一或多层表面涂层,例如,抗反射涂 层。该涂层于透镜铸造之后施用至铸造透镜。
[0023] 铸造透镜160及170可采用例如注塑模制技术W极低成本进行制造。晶圆级透镜 150得益于晶圆级大量生产方法,可使其制造成本比铸造透镜160及170相关制造成本更低。 此外,晶圆级透镜150之晶圆级生产可允许透镜元件152及154(W及基板156)采用不同材料 进行制造。与铸造透镜相比,此类额外材料选择之自由提供了更多的灵活性,从而有利于实 现晶圆级透镜150所需的效能特性。于一实施例中,透镜元件152采用与透镜元件154之材料 不同的一材料进行制造。然而,并非所有透镜形状均可与晶圆级制造相容。举例而言,并非 所有透镜形状均能够在两个透镜表面之间容纳一平面基板。低剖面混合型透镜系统120包 括铸造透镜160及170, W达成与晶圆级制造不相容或者至少在晶圆级水平上无法制造之特 定透镜形状。至少一部分由于透镜形状之原因,铸造透镜160及170与晶圆级透镜150协作W 产生短总轨道长度(TTL)195W及大像圈。在图1中,低剖面混合型透镜系统120之像圈由像 圈(1C)之直径190表示。于一实施例中,TTL 195小于1C 190。于另一实施例中,TTL 195相当 于1C 190。由于TTL 195相对较短且1C 190相对较大,低剖面混合型透镜系统120与相机模 组110将W微型形式制造。因此,低剖面混合型透镜系统120非常适合用于并入至于一或多 个维度上具有小形状因数的相机器件100之实施例(诸如现代行动电话或平板电脑)中。
[0024] 于本案中,透镜系统之「总轨道长度」是指在与透镜系统之光轴平行条件下自透镜 系统之影像平面至距离该影像平面最远之透镜表面之最长距离。透镜系统之像圈为由透镜 系统透射至影像平面之光锥截面。于本案中,像圈定义为与影像平面处之光锥的半高宽重 合之圈。于本案中,透镜系统之「像圈」是指影像平面上的由透镜系统透射的光可到达的相 对于光轴位置最远的位置之集合或组。对于本案中所掲示的该等轴对称透镜系统而言,此 集合或组描述影像平面上之一圈。
[0025] 图2说明包括W串联形式光学禪接的晶圆级透镜210(1)、铸造透镜210(2)及铸造 透镜210(3)之一例示性低剖面混合型透镜系统200。低剖面混合型透镜系统200W非限制性 实例说明结合图1所论述之有益概念。虽然掲示低剖面混合型透镜系统200的参数之特定 值,但实际值仍可能与所掲示值存在偏差。所掲示参数值为一定范围的值之特定实例,其可 扩展至此值范围。低剖面混合型透镜系统200为低剖面混合型透镜系统120之一实施例。晶 圆级透镜210(1)为晶圆级透镜150之一实施例。铸造透镜210(2)及210(3)分别为铸造透镜 160及170之实施例。
[0026] 低剖面混合型透镜系统200经组态W透过置放于低剖面混合型透镜系统200与影 像平面250之间的盖玻璃240而使场景在影像平面250上成像。盖玻璃240可采用(例如)玻 璃、塑胶或二者组合进行制造。低剖面混合型透镜系统200具有总轨道长度295,且在影像平 面250上形成像圈290。低剖面混合型透镜系统200具有由视野角280指示之视野(F0V)。图2 进一步指示低剖面混合型透镜系统200的光轴260。
[0027] 晶圆级透镜210(1)包括透镜元件230(1)及230(2),?及基板220。透镜元件230(1) 及230(2)分别为透镜元件152及154之实施例。基板220为基板156之一实施例。基板220具有 背对影像平面250之实质上平面表面222(1)?及面向影像平面250之实质上平面表面222 (2)。透镜元件230(1)及230(2)分别安置于表面222(1)及222(2)上。透镜元件230(1)具有背 对影像平面250之凸透镜表面212(1,1)。透镜元件230(2)具有面向影像平面250之凹透镜表 面212(1,2)。透镜元件210(2)具有分别背对与面向影像平面250之凹透镜表面212(2,1)及 凸透镜表面212(2,2)。铸造透镜210(3)具有分别背对与面向影像平面250之透镜表面212 (3,1)及212(3,2)。透镜元件210(3)成聘翼形,且透镜表面212(3,1)及212(3,2)中之每一者 包括凸出与凹入部分。透镜表面212之所有部分均为非球面。
[0028] 表面222(1)界定低剖面混合型透镜系统200之孔径光阔。在不偏离本案范畴的情 形下,基板220(1)的直径可大于图2中所示值,在此情形下,孔径可位于表面222(1)上W形 成孔径光阔。同时,在不偏离本案范畴的情形下,透镜元件230(1)及230(2)?及透镜元件 210(2)及210(3)可具有比图2中所示值更大之径,但下文呈现之光学效能采用图2中所示之 光学活性区域。
[0029] 凹透镜表面212(1,1)采集入射光线且将该等入射光线引导至低剖面混合型透镜 系统200。透镜元件230(1)之凸平面形状可减小进入低剖面混合型透镜系统200的射线之角 度并引导该等射线通过孔径光阔。透镜元件230(2)校正低剖面混合型透镜系统200之色差。 铸造透镜210(2)将自晶圆级透镜210(1)接收到的射线束引导至铸造透镜210(3)。铸造透镜 210(2)的形状设计至少在一特定程度上维持与视野位置相应各射线束的对称性,使得晶圆 级透镜210(1)之前的射线束的角分散与铸造透镜210(2)之后的相应射线束的角分散类似。 因此,TTL 295比不对称情形下透镜系统所达成之长度更短。铸造透镜210(3)主要用于(a) 校正像差,尤其是失真与像散,W及(b)引导射线束至影像平面250。
[0030] 表1A与1B列出低剖面混合型透镜系统200之透镜资料。该透镜资料包括所有透镜 表面212、透镜元件230(1)及230(2)、基板220 W及铸造透镜210(2)及210(3)的设计参数之 值。透镜资料亦包括孔径光阔(ST0)位置、盖玻璃(CG)240的组态W及盖玻璃240与影像平面 (IMA)250之间的间隙。此外,亦列出所采用的物件位置(OBJ)。透镜元件230(1)及230(2)、基 板220、铸造透镜210(2)及210(3)?及盖玻璃240中之每一者的材料特性与厚度均在表1A中 W与自物件侧所视相应元件之第一表面之相同列指示。表1A中所示材料特性为(a)夫朗和 斐谱线中D线λ〇 = 589.3时之折射率noW及(b)阿贝数。阿贝数用于衡量一材料之光色散程 度,其定义为Vd=(邮-l)/(n广nc),其中ns与nc分别为夫朗和斐谱线中F线λρ = 486. Inm与夫 朗和斐谱线中C线Ac = 656.3nm情形下之折射率。
[0031] 表1B列出各透镜表面212的非球面系数。对于各透镜表面212而言,表面轮廓可表 示如下:
[0032]
[0033] 其中Z是与光轴260平行的表面凹陷,其随自光轴260的径向距离而变化,C是曲率 半径的倒数,k是圆锥常数,A4,A6, ...,···是第4、第6···阶非球面项。
[0034] 低剖面混合型透镜系统200之工作光圈数为2.53,视野角280为80.2度,TTL 295为 2.803mm,且1C 290为3.692mm。由此可得出低剖面混合型透镜系统200之IC/TTL= 1.317。
[0035] 如表1A中所示,透镜元件230(1)与230(2)采用两种不同材料进行制造。透镜元件 230(1)材料之折射率riD= 1.51,阿贝数Vd = 57.00,而透镜元件230(2)材料之折射率邮二 1.59,阿贝数Vd = 31.24。透镜元件230 (2)之阿贝数小于透镜元件230 (1)与铸造透镜210 (2) 之阿贝数。
[0036] 《塑胶光学手册》(化η化ook of Plastic Optics)(Wil巧-VCH出版社)列出阿贝数 大于55之透明光学材料之实例。该等实例包括聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)W及诸如 AP^?50 14DP、TOMS# 5013与ZEONEX⑩480R之环締聚合物。在不偏离本案范畴的情形 下,阿贝数大于55之透镜材料可能为塑胶、玻璃或任何其他光学材料。《塑胶光学手册》进一 步列出阿贝数小于35之透明光学材料之实例。该等实例包括诸如;PANLITE感之聚碳酸醋, 诸如Ude瞄P-1700之聚讽W及诸如0KP-4之光学聚醋。在不偏离本案范畴的情形下,阿贝数 小于35之透镜材料可能为塑胶、玻璃或任何其他光学材料。
[0037] 铸造透镜210(2)的透镜表面212(2,1)及212(2,2)在光轴260上的投射位置隔开约 50微米。因此,除铸造之外,在晶圆级(与晶圆级透镜210(1)类似)上产生铸造透镜210(2)将 为不切实际的,此是因为此种晶圆级透镜之基板厚度需小于50微米。类似地,铸造透镜210 (3)的透镜表面212(3,1)及212(3,2)在光轴260上的投射位置隔开约100微米,且除铸造之 夕h在晶圆级上产生铸造透镜210(3)将为不切实际的。
[003引 透镜表面212的曲率半径使得(R2/R5)*R6<1.85mm且R5/R3/R2/R4/R1 > 0.15臟-3, 其中 31、1?2、1?、1?4、1?5与1?6分别为透镜表面212(1,1)、212(1,2)、212(2,1)、212(2,2)、212 (3,1)与212(3,2)之曲率半径。
[0041 ] 图3A、图3B、图3C与图3D展不依据Zemax擧Optical Design Program所评估的化剖 面纔合型透镜系统200(图2)的光学效能。图3A、图3B、图3C与图3D分别展示化剖面纔合型透 镜系统200的球面像差、f-theta失真、像场弯曲与横向色差(假定物件(OBJ)与影像平面 (IMA)250的位置如表1A中所指示)。如图3A、图3B、图3C与图3D所示,低剖面混合型透镜系统 200在高光学品质影像平面250上产生一影像。
[0042] 图3A为低剖面混合型透镜系统200的纵向球面像差之曲线图。图3A展示W毫米为 单位之纵向球面像差(于横轴上显示),其随入射光瞳高度(于纵轴上显示)而变化。纵轴自 光轴260延伸至与视野角280相关联的光轴260的最极端径向距离处。最大入射光瞳半径为 rp = 0.4261mm。纵向球面像差曲线312、314与316分别在夫朗和斐谱线中F、D与C线上计算。
[0043] 图3B为低剖面混合型透镜系统200的f-theta失真之曲线图。图3B展示W百分比为 单位之f-theta失真(于横轴上显示),其随视野角(于纵轴上显示)而变化。纵轴自光轴260 延伸至视野角280所限制最极端位置处。因此,图3B中所标绘的最大视野角为0max = 40.110°。失真曲线322(实线)是在波长λΡ下进行计算,失真曲线324(虚线)是在波长λΟ下进 行计算,失真曲线326(点划线)是在波长λΡ下进行计算。
[0044] 图3C为低剖面混合型透镜系统200的佩兹瓦尔像场弯曲之曲线图。像场弯曲W毫 米为单位于横轴上显示,零与目max = 40.110°之间的视野角于纵轴上显示。像场弯曲331与 像场弯曲332分别于矢状及切向平面中W波长λΡ进行计算。像场弯曲333与像场弯曲334分 别于矢状及切向平面中W波长λΟ进行计算。像场弯曲335与像场弯曲336分别于矢状及切向 平面中W波长AC进行计算。
[0045] 图3D为低剖面混合型透镜系统200的横向色差(亦称为横向像差)之曲线图。图3D 展示W微米为单位之横向色差(于横轴上显示),其随像场高度(于纵轴上显示)而变化。纵 轴自光轴260延伸至与视野角280相关联的光轴260的最极端径向距离处。像场高度范围为 hmin = (K轴上)至hmax = 1.8140mm。横向色差参考为λΟ,使得λΟ的横向色差344在所有像场 高度下均为零。横向色差342在波长λΡ下进行计算。横向色差346在波长AC下进行计算。在所 评估像场高度范围下,横向色差小于爱里斑半径348。
[0046] 图4说明包括W串联形式光学禪接的晶圆级透镜410 (1 )、铸造透镜410 (2)与铸造 透镜410(3)之例示性低剖面混合型透镜系统400。低剖面混合型透镜系统400W非限制性实 例说明结合图1所论述的有益概念。虽然掲示低剖面混合型透镜系统400的参数之特定值, 但实际值仍可能与所掲示数值存在偏差。所掲示参数值为一定范围值之一特定实例,其可 扩展至该值范围。低剖面混合型透镜系统400为低剖面混合型透镜系统120之一实施例,其 与低剖面混合型透镜系统200(图2)类似。晶圆级透镜410(1)为晶圆级透镜150之一实施例。 铸造透镜410 (2)及410 (3)分别为铸造透镜160及170之实施例。
[0047] 低剖面混合型透镜系统400经组态W透过置放于低剖面混合型透镜系统400与影 像平面450之间的盖玻璃440而使场景在影像平面450上成像。盖玻璃440可采用玻璃、塑胶 或二者组合进行制造。低剖面混合型透镜系统400具有总轨道长度495,且在影像平面450上 形成像圈490。低剖面混合型透镜系统400具有由视野角480指示之视野(F0V)。图4进一步指 示低剖面混合型透镜系统400之光轴460。
[004引晶圆级透镜410(1)包括透镜元件430(1)及430(2),?及基板420。透镜元件430(1) 及430(2)分别为透镜元件152及154之实施例。基板420为基板156之一实施例。基板420具有 背对影像平面450之实质上平面表面422(1)?及面向影像平面450之实质上平面表面422 (2)。透镜元件430(1)及430(2)分别安置于表面422(1)及422(2)上。透镜元件430(1)具有背 对影像平面450之凸透镜表面412(1,1)。透镜元件430(2)具有面向影像平面450之凹透镜表 面412(1,2)。透镜元件410(2)具有分别背对与面向影像平面450之凹透镜表面412(2,1)及 凸透镜表面412(2,2)。铸造透镜410(3)具有分别背对与面向影像平面450之透镜表面412 (3,1)及412(3,2)。透镜元件410(3)成聘翼形,透镜表面412(3,1)及412(3,2)中之每一者包 括凸出与凹入部分。透镜表面412之所有部分均为非球面。
[0049] 表面422(1)界定低剖面混合型透镜系统400的孔径光阔。在不偏离本案范畴的情 形下,基板420(1)的直径可大于图4中所示值,在此情形下,孔径可形成于表面422(1)上W 形成孔径光阔。此外,在不偏离本案范畴的情形下,透镜元件430(1)及430(2)?及透镜元件 410(2)及410(3)可具有比图4中所示值更大的直径,但下文呈现之光学效能采用如图4中所 示的光学活性区域。
[0050] 凹透镜表面412(1,1)采集入射光线并将该等入射光线引导至低剖面混合型透镜 系统400。透镜元件430(1)之凸平面形状可减小进入低剖面混合型透镜系统400的射线之角 度且引导该等射线通过孔径光阔。透镜元件430(2)校正低剖面混合型透镜系统400之色差。 铸造透镜410(2)将自晶圆级透镜410(1)接收到的射线束引导至铸造透镜410(3)。铸造透镜 410(2)的形状设计至少在一特定程度上维持与视野位置相应各射线束的对称性,从而确保 晶圆级透镜410(1)之前的射线束的角分散与铸造透镜410(2)之后的相应射线束的角分散 类似。因此,TTL 495比不对称情形下透镜系统所得到的长度更短。铸造透镜410(3)主要用 于(a)校正像差,尤其是失真与像散,W及(b)引导射线束至影像平面450。
[0051] 表2A与2B列出低剖面混合型透镜系统400之透镜资料。该透镜资料包括所有透镜 表面412、透镜元件430(1)及430(2)、基板420W及铸造透镜410(2)及410(3)的设计参数之 值。透镜资料亦包括孔径光阔(ST0)位置、盖玻璃(CG)440的组态W及盖玻璃440与影像平面 (IMA)250之间的间隙。此外,亦列出假定物件位置(OBJ)。透镜元件430(1)及430(2)、基板 420、铸造透镜410 (2)及410 (3) W及盖玻璃440中之每一者的材料特性与厚度均在表2A中W 与自物件侧所视相应元件之第一表面之相同列显示。表2A中所示材料特性为(a)夫朗和斐 谱线中D线λ〇 = 589.3时之折射率noW及(b)阿贝数。表2B列出各透镜表面412之非球面系 数。
[0052] 低剖面混合型透镜系统400之工作光圈数为2.49,视野角480为80.5度,TTL 495为 2.815mm,且1C 490为3.708mm。由此可得出低剖面混合型透镜系统400之IC/TTL= 1.317。
[0053] 如表2A中所示,透镜元件430(1)与430(2)采用两种不同材料进行制造。透镜元件 430 (1)材料之折射率no = 1.51,阿贝数Vd = 57.00,而透镜元件430 (2)材料之折射率Μ = 1.59,阿贝数Vd = 31.24。透镜元件430(2)之阿贝数小于透镜元件430(1)与铸造透镜410(2) 之阿贝数。
[0054] 铸造透镜410(2)之透镜表面412(2,1)及412(2,2)在光轴460上的投射位置重迭。 因此,除铸造之外,在晶圆级(与晶圆级透镜410(1)类似)上产生铸造透镜410(2)是不可能 的。铸造透镜412(3)之透镜表面412(3.1)及410(3.2)在光轴460上的投射位置隔开约200微 米。因此,除铸造之外,在晶圆级产生铸造透镜410(3)将为不切实际的,此是因为此种晶圆 级透镜之基板厚度小于200微米。
[0化5]透镜表面412的曲率半径使得(R2/R5)*R6<1.85mm且R5/R3/R2/R4/R1 > 0.15臟-3, 其中 31、1?2、1?3、1?4、1?5与1?6分别为透镜表面412(1,1)、412(1,2)、412(2,1)、412(2,2)、412 (3,1)与412(3,2)之曲率半径。
[0059] 图5A、图5B、图5C与图抓展示依据Zemax處Optical Design Program所评估的低剖 面混合型透镜系统400(图4)之光学效能。图5A、图5B、图5C与图5D中分别展示低剖面混合型 透镜系统400之球面像差、f-theta失真、像场弯曲与横向色差(假定物件(OBJ)与影像平面 (IMA)450之位置如表2A中所指不)。如图5A、图5B、图5C与图加所不,低剖面混合型透镜系统 400在高光学品质影像平面450上产生一影像。
[0060] 图5A为低剖面混合型透镜系统400的纵向球面像差之曲线图。图5A展示W毫米为 单位之纵向球面像差(于横轴上显示),其随入射光瞳高度(于纵轴上显示)而变化。纵轴自 光轴460延伸至与视野角480相关联的光轴460的最极端径向距离处。最大入射光瞳半径为 rp = 0.4243mm。纵向球面像差曲线512、514与516分别在夫朗和斐谱线中F、D与C线上计算。
[0061] 图5B为低剖面混合型透镜系统400的f-theta失真之曲线图。图5B展示W百分比为 单位之f-theta失真(于横轴上显示),其随视野角(于纵轴上显示)而变化。纵轴自光轴460 延伸至视野角480所限定的最极端位置处。因此,图5B中所标绘的最大视野角为0max = 40.268°。失真曲线522(实线)在波长λΡ下进行计算,失真曲线524(虚线)在波长λΟ下进行计 算,失真曲线526(点划线)在波长λΡ下进行计算。
[0062] 图5C为低剖面混合型透镜系统400的佩兹瓦尔像场弯曲之曲线图。像场弯曲W毫 米为单位在横轴上显示,零与0max = 4〇.268°之间的视野角在纵轴上显示。像场弯曲531与 像场弯曲532分别于矢状及切向平面中W波长λΡ进行计算。像场弯曲533与像场弯曲534分 别于矢状及切向平面中W波长λΟ进行计算。像场弯曲535与像场弯曲536分别于矢状及切向 平面中W波长AC进行计算。
[0063] 图加为低剖面混合型透镜系统400的横向色差之曲线图。图加展示W微米为单位 之横向色差(于横轴上显示),其随像场高度(于纵轴上显示)而变化。纵轴自光轴460延伸至 与视野角480相关联的光轴460的最极端径向距离处。像场高度范围为hmin = 0(轴上)至 hmax = 1.8140mm。横向色差参考λ〇,使得λ〇的横向色差544在所有像场高度下均为零。横向 色差542在波长λΡ下进行计算。横向色差546在波长AC下进行计算。在所评估像场高度范围 情形下,横向色差小于爱里斑半径548。
[0064] 图6说明用于制造低剖面混合型透镜系统120(图1)之一个例示性方法600。方法 600可用于根据低剖面混合型透镜系统200(图2)的透镜规格或根据低剖面混合型透镜系统 400(图4)的透镜规格形成低剖面混合型透镜系统120。
[00化]于步骤640中,方法600组装低剖面混合型透镜系统120。步骤640包括一步骤642, 其中将晶圆级透镜150、铸造透镜160与铸造透镜170安装于一夹具中。该夹具经组态W光学 串联形式置放晶圆级透镜150、铸造透镜160与铸造透镜170,如图1所示。在一实例中,步骤 642采用先前技术中已知的方法于夹具中安装晶圆级透镜150、铸造透镜160与铸造透镜 170。
[0066] 视情况需要,步骤640可先于步骤610、620及630。于步骤610中,方法600形成晶圆 级透镜150。于步骤620中,方法600铸造铸造透镜160。于步骤630中,方法600铸造铸造透镜 170。
[0067] 于一实施例中,方法600进一步包括基于低剖面混合型透镜系统120制造相机模组 110的步骤650。步骤650包括禪接低剖面混合型透镜系统120至影像传感器130W形成相机 模组110的步骤652。于一实例中,步骤642的夹具经组态W安装至包括影像传感器130的电 子电路板上。
[0068] 图7说明用于形成复数晶圆级透镜150(图1)的一例示性方法700。方法600(图6)的 步骤610可实作方法700。
[0069] 于步骤710中,在W与基板156相关联的材料所制造的晶圆之第一表面上形成复数 个透镜元件152。于步骤710的一实施例中,在该晶圆的第一表面上模制复数个透镜元件。举 例而言,将树脂(例如聚合物树脂)沉积在该晶圆的第一表面上;将带有复数个凹部的模具 (各自的形状与透镜表面153互补)置放于第一表面(带树脂)上,固化该树脂,且自第一表面 移除该模具。树脂可为透过晶圆向第一表面上的树脂照射紫外线光而进行固化的紫外线 (UV)可固化环氧树脂。
[0070] 于步骤720中,在步骤710的晶圆之第二表面上形成复数个透镜元件154,其中该第 二表面与第一表面对置。步骤720可与步骤710采用相同的方法,然而使用带有复数个凹部 的模具,每一模具的形状与透镜表面155互补且其定位于与步骤710中所使用模具的凹部中 的一者相同的晶圆位置。
[0071] 于步骤730中,自晶圆单分出复数个晶圆级透镜150。晶圆是(例如)采用先前技术 中已知的方法切割W形成复数个晶圆级透镜150。
[0072] 图8说明用于产生铸造透镜160及170(图1)中的任一者的一例示性方法800。方法 600(图6)的步骤620及630中的一个步骤或二者均可实作方法800。
[0073] 于步骤810中,在具有与铸造透镜(即,铸造透镜160与170中的一者)的形状互补之 形状的模具中安置树脂(诸如聚合物树脂)。
[0074] 于步骤820中,对树脂进行硬化。于一实例中,树脂为紫外线可固化环氧树脂,且步 骤820包括将树脂曝露至紫外线。步骤820导致在模具内形成铸造透镜。
[0075] 于步骤830中,打开模具W自其释放铸造透镜。
[0076] 特征组合
[0077] 在不偏离本案范畴的情形下,上述特征及下文所主张之特征可W多种方式组合。 举例而言,应了解,本案所述之低剖面混合型透镜系统或其制造方法之诸态样可并入或替 换本案所述的另一低剖面混合型透镜系统或其制造方法的特征。下述实例说明上述实施例 之一些可能、非限制性组合。应当明确,可在不偏离本发明精神及范畴的情形下对本案内的 方法及器件作出诸多其他变更及修改:
[0078] (A1)-种用于使一场景在一影像平面上成像之低剖面混合型透镜系统可包括: (a)-晶圆级透镜,其带有(i)具有对置的第一表面与第二表面之一平面基板,(ii)安置于 该第一表面上之一第一材料之一第一透镜元件,W及(iii)安置于该第二表面上之一第二 材料之一第二透镜元件;(b)-第一铸造透镜;(C)一第二铸造透镜。
[0079] (A2)于(A1)所表示之低剖面混合型透镜系统中,该晶圆级透镜、该第一铸造透镜 与该第二铸造透镜W串联形式光学禪接。
[0080] (A3)于(A1)及(A2)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该第一铸造透 镜与该第二铸造透镜中之每一者可通体由相同材料构成。
[0081] (A4)于(A1)和(A2)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该第一铸造透 镜与该第二铸造透镜中之每一者可由单一块体材料及一或多层表面涂层构成。
[0082] (A5)于(A1)至(A4)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该晶圆级透 镜、该第一铸造透镜与该第二铸造透镜协作w使该场景在该影像平面上成像。
[0083] (A6)于(A1)至(A5)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,比之于该晶圆 级透镜,该第一铸造透镜与第二铸造透镜更贴近该影像平面。
[0084] (A7)于(A6)所表示之低剖面混合型透镜系统中,该晶圆级透镜距该影像平面最 远,该第二铸造透镜距该影像平面最近,该第一铸造透镜沿该低剖面混合型透镜系统的光 轴位于该晶圆级透镜及该第二铸造透镜之间。
[0085] (A8)如(A7)所表示之低剖面混合型透镜系统可具有像圈(1C)及总轨道长度 (了化),使得1(:/1'化〉1.275。
[0086] (A9)于(A7)和(A8)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,其可具有TTL< 3毫米。
[0087] (A10)如(A7)至(A9)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者,其视野角可大 于 75。。
[0088] (All)如(A7)至(A10)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者,其工作光圈数 可小于3。
[0089] (A12)于(A7)至(All)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该晶圆级透 镜之第一透镜元件之阿贝数大于该晶圆级透镜之第二透镜元件之阿贝数。
[0090] (A13)于(A7)至(A12)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该第一铸造 透镜之阿贝数大于该晶圆级透镜之第二透镜元件之阿贝数。
[0091] (A14)于(A7)至(A13)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该晶圆级透 镜之第二透镜元件包括背对基板且面向影像平面之一第二透镜表面,其中该第二透镜表面 之曲率半径为R2;且该第二铸造透镜可包括(a)背对影像平面且曲率半径为R5之一第五透 镜表面,W及(b)面向影像平面且曲率半径为R6之一第六透镜表面;其中R2/R5*R6<1.85毫 米。
[0092] (A15)于(A7)至(A14)所表示之任何低剖面混合型透镜系统内,该晶圆级透镜之第 一透镜元件可包括背对基板且背对影像平面之一第一透镜表面,其中该第一透镜表面之曲 率半径为R1;该晶圆级透镜之第二透镜元件可包括背对基板且面向影像平面之一第二透镜 表面,其中该第二透镜表面之曲率半径为R2,;该第一铸造透镜可包括(a)背对影像平面且 曲率半径为R3之一第Ξ透镜表面,W及(b)面向影像平面且曲率半径为R4之一第四透镜表 面;且该第二铸造透镜可包括背对影像平面且曲率半径为R5之一第五透镜表面;其中R5/ R3/R2/R4/Rl<0.15mm-3。
[0093] (A16)于(A7)至(A15)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该晶圆级透 镜之第一透镜元件可包括背对基板且背对影像平面之一凸透镜表面;该晶圆级透镜之第二 透镜元件可包括背对基板且面向影像平面之一凹透镜表面;且该第一铸造透镜可包括(a) 背对影像平面之一凹入铸造透镜及(b)面向影像平面之一凸出铸造透镜。
[0094] (A17)于(A16)所表示之低剖面混合型透镜系统中,凹入铸造透镜表面沿光轴之位 置可与凸出铸造透镜表面沿光轴之位置重迭。
[00M] (A18)于(A1)至(A17)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该第一铸造 透镜及该第二铸造透镜中的每一者可包括(a)背对影像平面且沿低剖面混合型透镜系统的 光轴具有一第一位置之一第一透镜表面,W及(b)面向影像平面且沿光轴具有一第二位置 之一第二透镜表面,其中该第二位置自该第一位置偏移小于ο. 3毫米。
[0096] (A19)于(A1)至(A17)所表示之低剖面混合型透镜系统中的任一者中,该第一铸造 透镜及该第二铸造透镜中的任一者可包括(a)背对影像平面且沿低剖面混合型透镜系统之 光轴具有一第一位置之一第一透镜表面,W及(b)面向影像平面且沿光轴具有一第二位置 之一第二透镜表面,其中该第二位置自该第一位置偏移小于0.1毫米。
[0097] (B1)-种用于制造低剖面混合型透镜系统之方法可包括于一夹具中安装一晶圆 级透镜、一第一铸造透镜与一第二铸造透镜,从而W串联形式光学禪接该晶圆级透镜、第一 铸造透镜与第二铸造透镜,其中该晶圆级透镜包含(a)具有对置的第一表面与第二表面之 一平面基板,(b)安置于该第一表面上之一第一材料之一第一透镜元件,W及(C)安置于该 第二表面上之一第二材料之一第二透镜元件。
[0098] (B2KB1)所表示之方法可进一步包括:在一晶圆之一第一表面上安置该第一透镜 元件之第一复数个复本,W及在该晶圆之一第二平面上安置该第二透镜元件之第二复数个 复本,其中该晶圆之第二平面与该第一平面对置。
[0099] (B3KB2)所表示之方法可进一步包括:在安置该第一复数个复本之该步骤之后且 在安置该第二复数个复本之该步骤之后,自该晶圆单分出该晶圆级透镜之复数个复本。
[0100] (B4KB1)至(B3)所表示之方法可进一步包括在一第一模具内安置一第一材料,及 在处于该第一模具内时硬化该第一材料W形成该第一铸造透镜。
[0101] (B5KB1)至(B4)所表示之任何方法可进一步包括在一第二模具内安置一第二材 料,及在处于该第二模具内时硬化该第二材料W形成该第二铸造透镜。
[0102] (B6KB1)至(B5)所表示之任何方法可用于制造(A1)至(A19)所表示之低剖面混合 型透镜系统中的任一者。
[0103] 可在不偏离本案范畴的情形下对上述系统及方法做出改变。因此应当指出的是, W上描述中含有或于附图中展示之内容应解释为说明性的意义而非限制性的意义。下列权 利要求是意欲涵盖本案所述之所有一般特性及特定特征,且由于语言的关系,本系统及方 法的范畴的全部陈述可能落入其间。
【主权项】
1. 一种用于使场景在影像平面上成像的低剖面混合型透镜系统,其包含: 晶圆级透镜,其包括 具有对置的第一表面与第二表面的平面基板, 安置于所述第一表面上的第一材料的第一透镜元件,以及 安置于所述第二表面上的第二材料的第二透镜元件; 第一铸造透镜;以及 第二铸造透镜; 其中所述晶圆级透镜、所述第一铸造透镜及所述第二铸造透镜以串联形式光学耦接。2. 如权利要求1所述的系统,所述第一铸造透镜及所述第二铸造透镜中的每一者均通 体由相同材料构成。3. 如权利要求1所述的系统,所述第一铸造透镜及所述第二铸造透镜中的每一者均是 由单一块体材料及一层或多层表面涂层构成。4. 如权利要求1所述的系统,所述晶圆级透镜、所述第一铸造透镜、所述第二铸造透镜 是协作以使所述场景在所述影像平面上成像。5. 如权利要求4所述的系统,相比于所述晶圆级透镜,所述第一铸造透镜及所述第二铸 造透镜的每一者更贴近所述影像平面。6. 如权利要求1所述的系统,所述晶圆级透镜距所述影像平面最远,所述第二铸造透镜 距所述影像平面最近,所述第一铸造透镜沿所述低剖面混合型透镜系统的光轴位于所述晶 圆级透镜与所述第二铸造透镜之间。7. 如权利要求6所述的系统,其具有像圈(1C)及总轨道长度(TTL),使得IC/TTL>1.275。8. 如权利要求7所述的系统,其具有TTL〈3毫米。9. 如权利要求7所述的系统,其视野角大于75°。10. 如权利要求7所述的系统,其工作光圈数小于3。11. 如权利要求6所述的系统, 所述晶圆级透镜的所述第一透镜元件的阿贝数大于所述晶圆级透镜的所述第二透镜 元件的阿贝数;且 所述第一铸造透镜的阿贝数大于所述晶圆级透镜的所述第二透镜元件的阿贝数。12. 如权利要求6所述的系统, 所述晶圆级透镜的所述第二透镜元件包括背对所述基板且面向所述影像平面的第二 透镜表面,其中所述第二透镜表面的曲率半径为R2;且 所述第二铸造透镜包括: 背对所述影像平面且曲率半径为R5的第五透镜表面,以及 面向所述影像平面且曲率半径为R6的第六透镜表面; 其中 R2/R5*R6〈 1.85毫米。13. 如权利要求6所述的系统, 所述晶圆级透镜的所述第一透镜元件包括背对所述基板且背对所述影像平面的第一 透镜表面,所述第一透镜表面的曲率半径为R1; 所述晶圆级透镜的所述第二透镜元件包括背对所述基板且面向所述影像平面的第二 透镜表面,所述第二透镜表面的曲率半径为R2; 所述第一铸造透镜包括: 背对所述影像平面且曲率半径为R3的第三透镜表面,以及 面向所述影像平面且曲率半径为R4的第四透镜表面;且 所述第二铸造透镜包括背对所述影像平面且曲率半径为R5的第五透镜表面, 其中 R5/R3/R2/R4/R1〈0 · 15mm-3。14. 如权利要求6所述的系统, 所述晶圆级透镜的所述第一透镜元件包括背对所述基板且背对所述影像平面的凸透 镜表面; 所述晶圆级透镜的所述第二透镜元件包括背对所述基板且面向所述影像平面的凹透 镜表面;且 所述第一铸造透镜包括: 背对所述影像平面的凹入铸造透镜表面,以及 面向所述影像平面的凸出铸造透镜表面。15. 如权利要求14所述的系统,所述凹入铸造透镜表面沿所述光轴的定位与所述凸出 铸造透镜表面沿所述光轴的定位重迭。16. 如权利要求1所述的系统,所述第一铸造透镜及所述第二铸造透镜中的每一者包 括:背对所述影像平面且沿所述低剖面混合型透镜系统的光轴具有第一位置的第一透镜表 面;以及 面向所述影像平面且沿所述光轴具有第二位置的第二透镜表面,所述第二位置自所述 第一位置偏移小于0.3毫米。17. 如权利要求1所述的系统,所述第一铸造透镜及所述第二铸造透镜中的每一者包 括: 背对所述影像平面且沿所述低剖面混合型透镜系统的光轴具有第一位置的第一透镜 表面;以及 面向所述影像平面且沿所述光轴具有第二位置的第二透镜表面,所述第二位置自所述 第一位置偏移小于0.1毫米。18. -种用于制造低剖面混合型透镜系统的方法,其包含于夹具中安装晶圆级透镜、第 一铸造透镜与第二铸造透镜,从而以串联形式光学耦接所述晶圆级透镜以及所述第一铸造 透镜与所述第二铸造透镜,所述晶圆级透镜包括: 具有对置的第一表面与第二表面的平面基板; 安置于所述第一表面上的第一材料的第一透镜元件;以及 安置于所述第二表面上的第二材料的第二透镜元件。19. 如权利要求18所述的方法,其进一步包含: 在晶圆的第一表面上安置所述第一透镜元件的第一多个复本; 在所述晶圆的第二表面上安置所述第二透镜元件的第二多个复本,其中所述晶圆的所 述第二表面与所述第一表面对置;以及 在安置所述第一多个复本的所述步骤之后且在安置所述第二多个复本的所述步骤之 后,自所述晶圆单分出所述晶圆级透镜的多个复本。20. 如权利要求18所述的方法,其进一步包含: 在第一模具内安置第一材料; 使所述第一材料在处于所述第一模具中时硬化以形成所述第一铸造透镜; 在第二模具内安置第二材料;以及 使所述第二材料在处于所述第二模具中时硬化以形成所述第二铸造透镜。
【文档编号】G02B13/00GK105824101SQ201610052338
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】郑婷予, 邓兆展
【申请人】全视技术有限公司
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