一种非球面透镜的制作方法

专利名称：一种非球面透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学元件，尤其涉及一种非球面透镜。
背景技术：
非球面透镜是一种常用光学元件，广泛应用在摄影机、照相机、数码相机镜头。
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品质，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，能够非常明显的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，每一个透镜组一般由两个非球面透镜组成，两个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。
然而，上述非球面透镜组的特性都是由几何光学决定，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。
因此，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实为必要。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种像差小、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。
本实用新型揭示一种非球面透镜，其包括非球面曲面的第一表面和与其相对的第二表面，一光栅形成于第二表面上。
与现有技术相比较，本实用新型具有下列优点由于光栅形成于非球面透镜的一面，利用光栅调节相位，可进一步减小非球面透镜的像差；而且一个带光栅的非球面透镜可替代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是提供一非球面透镜的步骤示意图。
图2是第一次光刻中提供一光罩板的步骤示意图。
图3是第一次光刻中涂覆光阻剂层的步骤示意图。
图4是第一次光刻中曝光的步骤示意图。
图5是第一次光刻中显影的步骤示意图。
图6是第一次光刻中蚀刻的步骤示意图。
图7是第一次光刻后所得的产品示意图。
图8是第二次光刻中提供一光罩板的步骤示意图。
图9是第二次光刻中涂覆光阻剂层的步骤示意图。
图10是第二次光刻中曝光的步骤示意图。
图11是第二次光刻中显影的步骤示意图。
图12是第二次光刻中蚀刻的步骤示意图。
图13是本实用新型第一实施例的非球面透镜示意图。
图14是第二实施例中第二次提供一光罩板的步骤示意图。
图15是第二实施例中第二次涂覆光阻剂层的步骤示意图。
图16是第二实施例中第二次曝光的步骤示意图。
图17是第二实施例中第二次显影的步骤示意图。
图18是第二实施例中第二次蚀刻的步骤示意图。
图19是本实用新型第二实施例的非球面透镜示意图。
具体实施方式如图13所示，该图为本实用新型第一实施例的非球面透镜10的示意图。该非球面透镜10包括非球面曲面的第一表面101和与其相对的第二表面102，一光栅(未标示)形成于该第二表面102。该光栅为一多阶梯式光栅，其每一周期102T为一具有多个台阶的阶梯，各台阶高度102h相等，各台阶宽度102b相等。
下面结合图1至图13介绍本实用新型第一实施例的非球面透镜的制造方法。
如图1所示，首先提供一非球面透镜10，其包括两表面表面101为非球面曲面；表面102为平整表面。其中表面102可通过机械抛光或化学抛光等方法使其平整度越小越好，以利后续步骤更好地涂覆光阻剂。
如图2所示，提供一光罩板111，其分辨率为100lines/mm。该光罩板111的外轮廓与表面102基本相同，应可恰好覆盖表面102。该光罩板111可通过化学蚀刻法制作，其记录二元分布的相位图案，光罩板不透光部分覆盖的面积为整个光罩板111面积的一半。
如图3所示，在非球面透镜第二表面上涂覆一层光阻剂层121。该光阻剂层121可以为正光阻剂或负光阻剂。
如图4所示，将光罩板111贴附在光阻剂层121上，再进行曝光。可在曝光机(Aligner)或步进电机(Stepper)上用紫外光曝光，也可直接用电子束书写机(E-beam writer)进行曝照。
如图5所示，显影。用显影液溶解经曝光后的光阻剂层，当光阻剂为正光阻剂时，经曝光的光阻剂将会溶解；当光阻剂为负光阻剂时，没被曝光的光阻剂将会溶解。无论正光阻剂还是负光阻剂，曝光与未曝光的光阻剂经显影液溶解后总会发生不同变化，从而在光阻剂层121上显影出光罩板111记录的二元分布的相位图案，图上所示为正光阻剂显影。
如图6所示，在已显影的第二表面102上进行光蚀刻。在光阻剂层121被溶解的部位，将非球面透镜的第二表面102向下蚀刻出凹槽，蚀刻深度根据所需要蚀刻的阶梯数决定，可由计算机控制。
如图7所示，清除去非球面透镜表面102上剩余的光阻剂层，可得具有1阶光栅表面的非球面透镜。
如图8所示，提供另一光罩板，该光罩板112的分辨率为光罩板111的二倍。
如图9至图12所示，在图7所得的非球面透镜的表面102上重复以上涂覆光阻剂层122、曝光、显影、蚀刻以及清除剩余光阻剂层等步骤，其中蚀刻深度为第一次蚀刻深度的一半，可制得具有多阶梯式光栅表面102的非球面透镜，如图13所示。
因此，通过重复上述步骤进行多次光刻，使第一次光罩板分辨率为R，下一次光罩板分辨率为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，其中每次使用的光罩的分辨率为2n*R，相应得到的光栅为2n+1阶光栅，其每一周期的台阶高度小于100奈米。
如图19所示，该图为本实用新型第二实施例的非球面透镜10’的示意图。该非球面透镜10’包括非球面曲面的第一表面101’和与其相对的第二表面102’，一光栅(未标示)形成于该第二表面102’。该光栅为一多阶梯式光栅，其每一周期102’T为一对称结构的阶梯，该对称阶梯有一共同的最低级台阶，其中一个阶梯的多个台阶逐阶下降至该最低级台阶，其相对阶梯的多个台阶则沿该最低级台阶逐阶上升，该阶梯的各台阶高度102’h相等，各台阶宽度102’b相等。
下面介绍第二实施例的非球面透镜的制备方法如图1至图7所示，同第一实施例步骤，制备1阶光栅的非球面透镜；然后，如图14所示，提供一光罩板113’，其分辨率为光罩板111’的三倍；再如图15至第图18所示，在图7所得的非球面透镜的表面102’上重复以上涂覆光阻剂层123’、曝光、显影、蚀刻以及清除剩余光阻剂层等步骤，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，如图19所示。
权利要求1.一种非球面透镜，包括一第一非球面曲面及与其相对的一第二表面，其特征在于一光栅形成于第二表面上。
2.如权利要求1所述的非球面透镜，其特征在于该光栅包括多个周期，每一周期包括一多个台阶组成的阶梯。
3.如权利要求2所述的非球面透镜，其特征在于该光栅的每一周期的台阶高度小于100纳米。
4.如权利要求2所述的非球面透镜，其特征在于该光栅的每一周期包括一对称结构的阶梯。
5.如权利要求2所述的非球面透镜，其特征在于该光栅的每一周期的台阶数大于等于2。
专利摘要本实用新型提供一种非球面透镜。该非球面透镜包括非球面曲面的第一表面及与其相对的第二表面，一多阶梯式光栅形成于第二表面上。本实用新型通过该多阶梯式光栅设计，使透镜像差变为最小。另外，该非球面透镜可应用于照相物镜中，其可替代一普通非球面透镜组，所以大大减少其所组成的光学系统的高度、面积、体积和重量。
文档编号G02B13/18GK2636264SQ0324736
公开日2004年8月25日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12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