一种非球面透镜的制造方法

专利名称：一种非球面透镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件的制造方法，尤其涉及一种非球面透镜的制造方法。
背景技术：
非球面透镜是一种常用光学元件，广泛用于摄像机、数字相机等镜头。
非球面透镜用于镜头的光学系统中，可以大幅度提高大光圈时的成像质量，减小广角镜头的边角变形，而且，一片非球面透镜可以替代数片球面透镜补偿像差，能显著简化镜头的光学设计，减小其高度、面积、体积和重量。
一般相机的非球面镜头是由多个非球面透镜组组成，每一透镜组一般由两非球面透镜组成，两非球面透镜之间有一空隙，通过调节该空隙可调节该透镜组的成像像差。
但是，上述非球面透镜组的特性全部是由几何光学决定，像差消除效果仍不理想；另外，上述非球面镜头高度、面积、体积和重量仍然较大。
所以，提供一种像差更小、更有利于减小其所组成的光学系统高度、面积、体积和重量的非球面透镜的制造方法实为必要。

发明内容本发明的目的在于提供一种制造像差小、有利于减小其所组成的光学系统高度、面积、体积和重量的非球面透镜的方法。
为实现本发明目的，本发明提供一种具有光栅的非球面透镜的制造方法，包括下列步骤提供一非球面透镜，该非球面透镜包括一非球面曲面和与之相对的平整表面；在所述非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一多阶梯式光栅。
和先前技术相比较，使用本发明之制造方法使光栅与透镜有机结合，可利用光栅调节相位，进一步减小非球面透镜的像差；一个带光栅的非球面透镜的作用相当于一个普通非球面透镜组，因而能显著减小非球面透镜所组成的光学系统的高度、面积、体积和重量。


图1是第一实施例一非球面透镜的侧面示意图。
图2是第一次光刻中掩模的侧面示意图。
图3是非球面透镜涂覆光阻层的侧面示意图。
图4到图6是非球面透镜第一次曝光、显影、蚀刻的步骤示意图。
图7是非球面透镜蚀刻一个深度单位的侧面示意图。
图8是第二次光刻的掩模的侧面示意图。
图9是在图7的非球面透镜涂覆光阻层的侧面示意图。
图10到图12是非球面透镜第二次曝光、显影、蚀刻的步骤示意图。
图13是非球面透镜蚀刻三个深度单位的侧面示意图。
图14是第二实施例中提供一掩模示意图。
图15是第二实施例中非球面透镜涂覆光阻层示意图。
图16到图18是第二实施例中非球面透镜曝光、显影、蚀刻的步骤示意图。
图19是非球面透镜蚀刻对称台阶的侧面示意图。
具体实施方式
下面结合图1到图13，说明本发明的第一实施例。
请参阅图1，首先提供一非球面透镜10，此非球面透镜10有两表面101，102。表面101为非球面曲面；表面102为平整表面。
为使非球面透镜的表面102形成一平整表面，可以通过机械抛光或化学抛光等方法，使得表面102平整。其平整度越小越好，以利后续步骤光阻层容易贴附其上。
请参阅图2，提供一掩模111，其分辨率为100lines/mm。该掩模尺寸与表面102相同。由于二元光学元件位相值量化为N个等级，一般取N＝2n，为制造出具有N个位相量化等级的光栅，掩模必须为能产生n个二元振幅型掩模，该掩模111记录二元分布的相位图案。
请参阅图3，在非球面透镜表面102上形成一层光阻层121。
请参阅图4，对上述光阻层121进行曝光。在光阻层121表面放上掩模111进行对准曝光。对准曝光可在曝光机(Aligner)或步进机(Stepper)上以紫外光照射；也可直接以电子束书写机(E-beam writer)，一点一点进行曝照。
请参阅图5，再将曝光区域的光阻层洗去，剩下的光阻图形在烤干后，可作为下一道蚀刻的罩幕(Masking)使用。
请参阅图6，在已显影的非球面透镜表面102上进行光蚀刻或微光显影。在光阻层121被溶解的部位，将非球面透镜平整表面102往下蚀刻出凹槽，蚀刻深度根据所需要蚀刻的阶梯数决定，由计算机控制。
请参阅图7，用氰化钾等溶液腐蚀非球面透镜表面102，除去光阻层121，得到只有一个台阶光栅的表面102。
请参阅图8，为制做多阶梯式光栅表面，提供第二个掩模112。该掩模112分辨率为200lines/mm。
请参阅图9到图12所示，在第七图制得的非球面表面102上再重复以上涂覆光阻层122、曝光、显影、蚀刻和去除剩余光阻层122等步骤，其中蚀刻深度为第一次蚀刻深度的一半，可制得具有多个均匀台阶光栅表面102的非球面透镜，如图13所示。
循环上述步骤可进行多次光刻，第一次掩模分辨率为R，下一次掩模分辨率为2R，且每一次蚀刻深度均为前一次蚀刻深度的一半。重复光刻n(n＞0，自然数)次，其中每次使用的掩模的分辨率为2n*R，可相应得到的光栅为2n+1阶光栅。
本发明第二实施例主要包括下面步骤请参阅图1到图7，同第一实施例步骤，制出具有一阶光栅表面102’的非球面透镜。
然后如图14所示，提供一掩模113’，其分辨率为掩模111’的三倍。
如图15到图18所示，在图7所得的非球面透镜的表面102’上重复涂覆光阻层123’、曝光、显影、蚀刻和去除剩余光阻层123’等步骤，其中蚀刻深度为第一次蚀刻深度的一半，可制得具有多个对称台阶光栅表面102’的非球面透镜，请参阅图19。
权利要求
1.一种非球面透镜的制造方法，包括下列步骤提供一非球面透镜，该非球面透镜包括一非球面曲面和与之相对的平整表面；在所述非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一多阶梯式光栅。
2.如权利要求1所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一多阶梯式光栅包括如下分步骤在上述平整表面形成一层光阻层；将一掩模设置于该光阻层上方，该掩模的分辨率为R；经过曝光，蚀刻，在非球面透镜的平整表面上形成一1阶光栅；重复制做掩模、曝光、蚀刻n(n＞0，自然数)次，其中每次使用的掩模分辨率为2n*R，相应得到的光栅为2n+1阶光栅。
3.如权利要求2所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于曝光是用曝光机或步进机以紫外光曝光或电子束书写机进行曝光。
4.如权利要求2所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于蚀刻是用光蚀刻或微光显影技术。
5.一种具有相位光栅的非球面透镜的制造方法，包括下列步骤提供一非球面透镜，该非球面透镜包括一非球面曲面和与之相对的平整表面；在所述非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一对称式多阶梯光栅。
6.如权利要求5所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一对称式多阶梯光栅包括如下分步骤在上述平整表面形成一层光阻层；将一掩模设置于该光阻层上方，该掩模的分辨率为R；经过曝光，蚀刻，在非球面透镜的平整表面上形成一1阶光栅；重复制做掩模、曝光、蚀刻，其中使用的掩模的分辨率为3R，相应得到的光栅为4阶对称式光栅。
7.如权利要求6所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于曝光是用曝光机或步进机以紫外光曝光或电子束书写机进行曝光。
8.如权利要求6所述的非球面透镜的制造方法，其特征在于所述的蚀刻是用光蚀刻或微光显影技术。
全文摘要
本发明涉及一种具有光栅的非球面透镜的制造方法，包括下列步骤提供一非球面透镜，该非球面透镜包括一非球面曲面和与之相对的平整表面；在所述非球面透镜的平整表面通过光刻技术形成一多阶梯式光栅。本方法制造之多阶梯式光栅使透镜像差减小，成像清晰和减小其所组成的光学系统的体积和重量。
文档编号G02B13/18GK1567017SQ0312686
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月10日 优先权日2003年6月10日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司