低剖面混合型透鏡系統及其制造方法
【專利摘要】一種用于使場景在影像平面上成像的低剖面混合型透鏡系統，其包括：(a)晶圓級透鏡，其帶有(i)具有對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鏡元件，以及(iii)安置于第二表面上的第二材料的第二透鏡元件；(b)第一鑄造透鏡；以及(c)第二鑄造透鏡；其中，晶圓級透鏡、第一鑄造透鏡與第二鑄造透鏡以串聯形式光學耦接。一種用于制造低剖面混合型透鏡系統的方法包括于夾具中安裝晶圓級透鏡、第一鑄造透鏡與第二鑄造透鏡，從而以串聯形式光學耦接晶圓級透鏡以及第一鑄造透鏡與第二鑄造透鏡。
【專利說明】
低剖面混合型透鏡系統及其制造方法
技術領域
[0001 ]本發明設及低剖面混合型透鏡系統及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 相機并入于大量器件中。諸如移動電話、平板計算機與膝上型計算機之消費電子 器件一般包括微型相機模塊。大多數該等器件配備由塑料透鏡W固定組態組成之透鏡系 統。為滿足該等器件穩定減少之形狀因子之要求，相機模塊之成像物鏡必須具有低剖面。舉 例而言，現代照相手機之厚度可能小于10毫米(mm)，包括外殼厚度。在滿足此類苛刻形狀因 子要求之同時，相機模塊必須提供高分辨率影像。運對透鏡與影像傳感器均施加約束。典型 相機模塊擁有約2百萬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，關聯透 鏡系統必須具有高采光效率，從而可產生足夠明亮之影像。為避免漸暈，透鏡系統必須產生 至少與影像傳感器相同大小之像圈。大多數分辨率為2百萬或更高像素之影像傳感器具有 幾毫米的邊長。因此，關聯透鏡系統必須產生直徑至少為幾毫米之像圈。

【發明內容】

[0003] 本文中掲示組合一晶圓級透鏡與一或多個鑄造透鏡W在一短總軌道長度情形下 產生大像圈之低剖面混合型透鏡系統。該等低剖面混合型透鏡系統非常適合用于并入至諸 如移動電話之可攜式器件內使用之微型相機模塊中。
[0004] 于一實施例中，一種用于使一場景在影像平面上成像之一低剖面混合型透鏡系 統，其包括：（a)-晶圓級透鏡，其帶有（i)具有對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鏡元件，W及（iii)安置于第二表面上之 一第二材料之一第二透鏡元件；（b)-第一鑄造透鏡；W及(C)一第二鑄造透鏡;其中，晶圓 級透鏡、該第一鑄造透鏡與該第二鑄造透鏡W串聯形式光學禪接。
[0005] 于一實施例中，一種用于制造低剖面混合型透鏡系統之方法包括于一夾具中安裝 一晶圓級透鏡、一第一鑄造透鏡與一第二鑄造透鏡，從而W串聯形式光學禪接該晶圓級透 鏡W及該第一鑄造透鏡與該第二鑄造透鏡，其中該晶圓級透鏡包括(a)具有對置之第一表 面與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鏡元件，W及 (C)安置于第二表面上之一第二材料之一第二透鏡元件。
【附圖說明】
[0006] 圖1說明根據一實施例于一例示性相機器件中實作之一低剖面混合型透鏡系統。
[0007] 圖2說明圖1之低剖面混合型透鏡系統之一個實施例。
[000引圖3A為圖2之低剖面混合型透鏡系統的縱向球面像差之曲線圖。
[0009]圖3B為圖2之低剖面混合型透鏡系統的f-theta失真之曲線圖。
[0010]圖3C為圖2之低剖面混合型透鏡系統的佩茲瓦爾像場彎曲之曲線圖。
[0011]圖3D為圖2之低剖面混合型透鏡系統的橫向色差之曲線圖。
[0012]圖4說明圖1之低剖面混合型透鏡系統的另一實施例。
[OOK]圖5A為圖4之低剖面混合型透鏡系統的縱向球面像差之曲線圖。
[0014]圖5B為圖4之低剖面混合型透鏡系統的f-theta失真之曲線圖。
[001引圖5C為圖4之低剖面混合型透鏡系統的佩茲瓦爾像場彎曲之曲線圖。
[0016]圖5D為圖4之低剖面混合型透鏡系統的橫向色差之曲線圖。
[0017]圖6說明根據一實施例之制造低剖面混合型透鏡系統之方法。
[0018]圖7說明根據一實施例之形成復數個晶圓級透鏡的方法。
[0019 ]圖8說明根據一實施例之產生鑄造透鏡之方法。
【具體實施方式】
[0020]圖1說明于一例示性相機器件100中實作之一例示性低剖面混合型透鏡系統120。 相機器件100是(例如)行動電話、平板電腦或膝上型電腦。然而，在不偏離本案范疇的情形 下，相機器件100可為另一類型相機器件。低剖面混合型透鏡系統120與相機模組110中之影 像傳感器130相禪接。相機模組110實作于相機器件100中。
[0021 ]低剖面混合型透鏡系統120包括晶圓級透鏡150、鑄造透鏡160及鑄造透鏡170。晶 圓級透鏡150W及鑄造透鏡160及170W串聯形式光學禪接，從而使場景在影像平面上成像。 于相機模組110中，低剖面混合型透鏡系統120之影像平面與影像傳感器130實質上重合。晶 圓級透鏡150包括安置于基板156之對置側上之透鏡元件152及154。透鏡元件152具有背對 低剖面混合型透鏡系統120之影像平面之透鏡表面153。透鏡元件154具有面向低剖面混合 型透鏡系統120之影像平面之透鏡表面155。鑄造透鏡160具有分別背對與面向低剖面混合 型透鏡系統120之影像平面之透鏡表面163及165。鑄造透鏡170具有分別背對與面向低剖面 混合型透鏡系統120之影像平面之透鏡表面173及175。
[0022] 鑄造透鏡160及170中之每一者是一體成型，即，其均采用一種材料形成為單件透 鏡。因此，鑄造透鏡160及170中之每一者通體由單一材料構成。然而，在不偏離本案范疇的 情形下，鑄造透鏡160及170其中之一或二者均可包括一或多層表面涂層，例如，抗反射涂 層。該涂層于透鏡鑄造之后施用至鑄造透鏡。
[0023] 鑄造透鏡160及170可采用例如注塑模制技術W極低成本進行制造。晶圓級透鏡 150得益于晶圓級大量生產方法，可使其制造成本比鑄造透鏡160及170相關制造成本更低。 此外，晶圓級透鏡150之晶圓級生產可允許透鏡元件152及154(W及基板156)采用不同材料 進行制造。與鑄造透鏡相比，此類額外材料選擇之自由提供了更多的靈活性，從而有利于實 現晶圓級透鏡150所需的效能特性。于一實施例中，透鏡元件152采用與透鏡元件154之材料 不同的一材料進行制造。然而，并非所有透鏡形狀均可與晶圓級制造相容。舉例而言，并非 所有透鏡形狀均能夠在兩個透鏡表面之間容納一平面基板。低剖面混合型透鏡系統120包 括鑄造透鏡160及170, W達成與晶圓級制造不相容或者至少在晶圓級水平上無法制造之特 定透鏡形狀。至少一部分由于透鏡形狀之原因，鑄造透鏡160及170與晶圓級透鏡150協作W 產生短總軌道長度(TTL)195W及大像圈。在圖1中，低剖面混合型透鏡系統120之像圈由像 圈（1C)之直徑190表示。于一實施例中，TTL 195小于1C 190。于另一實施例中，TTL 195相當 于1C 190。由于TTL 195相對較短且1C 190相對較大，低剖面混合型透鏡系統120與相機模 組110將W微型形式制造。因此，低剖面混合型透鏡系統120非常適合用于并入至于一或多 個維度上具有小形狀因數的相機器件100之實施例(諸如現代行動電話或平板電腦）中。
[0024] 于本案中，透鏡系統之「總軌道長度」是指在與透鏡系統之光軸平行條件下自透鏡 系統之影像平面至距離該影像平面最遠之透鏡表面之最長距離。透鏡系統之像圈為由透鏡 系統透射至影像平面之光錐截面。于本案中，像圈定義為與影像平面處之光錐的半高寬重 合之圈。于本案中，透鏡系統之「像圈」是指影像平面上的由透鏡系統透射的光可到達的相 對于光軸位置最遠的位置之集合或組。對于本案中所掲示的該等軸對稱透鏡系統而言，此 集合或組描述影像平面上之一圈。
[0025] 圖2說明包括W串聯形式光學禪接的晶圓級透鏡210(1)、鑄造透鏡210(2)及鑄造 透鏡210(3)之一例示性低剖面混合型透鏡系統200。低剖面混合型透鏡系統200W非限制性 實例說明結合圖1所論述之有益概念。雖然掲示低剖面混合型透鏡系統200的參數之特定 值，但實際值仍可能與所掲示值存在偏差。所掲示參數值為一定范圍的值之特定實例，其可 擴展至此值范圍。低剖面混合型透鏡系統200為低剖面混合型透鏡系統120之一實施例。晶 圓級透鏡210(1)為晶圓級透鏡150之一實施例。鑄造透鏡210(2)及210(3)分別為鑄造透鏡 160及170之實施例。
[0026] 低剖面混合型透鏡系統200經組態W透過置放于低剖面混合型透鏡系統200與影 像平面250之間的蓋玻璃240而使場景在影像平面250上成像。蓋玻璃240可采用（例如）玻 璃、塑膠或二者組合進行制造。低剖面混合型透鏡系統200具有總軌道長度295,且在影像平 面250上形成像圈290。低剖面混合型透鏡系統200具有由視野角280指示之視野(F0V)。圖2 進一步指示低剖面混合型透鏡系統200的光軸260。
[0027] 晶圓級透鏡210(1)包括透鏡元件230(1)及230(2),?及基板220。透鏡元件230(1) 及230(2)分別為透鏡元件152及154之實施例。基板220為基板156之一實施例。基板220具有 背對影像平面250之實質上平面表面222(1)?及面向影像平面250之實質上平面表面222 (2)。透鏡元件230(1)及230(2)分別安置于表面222(1)及222(2)上。透鏡元件230(1)具有背 對影像平面250之凸透鏡表面212(1,1)。透鏡元件230(2)具有面向影像平面250之凹透鏡表 面212(1,2)。透鏡元件210(2)具有分別背對與面向影像平面250之凹透鏡表面212(2,1)及 凸透鏡表面212(2,2)。鑄造透鏡210(3)具有分別背對與面向影像平面250之透鏡表面212 (3，1)及212(3,2)。透鏡元件210(3)成聘翼形，且透鏡表面212(3,1)及212(3,2)中之每一者 包括凸出與凹入部分。透鏡表面212之所有部分均為非球面。
[0028] 表面222(1)界定低剖面混合型透鏡系統200之孔徑光闊。在不偏離本案范疇的情 形下，基板220(1)的直徑可大于圖2中所示值，在此情形下，孔徑可位于表面222(1)上W形 成孔徑光闊。同時，在不偏離本案范疇的情形下，透鏡元件230(1)及230(2)?及透鏡元件 210(2)及210(3)可具有比圖2中所示值更大之徑，但下文呈現之光學效能采用圖2中所示之 光學活性區域。
[0029] 凹透鏡表面212(1,1)采集入射光線且將該等入射光線引導至低剖面混合型透鏡 系統200。透鏡元件230(1)之凸平面形狀可減小進入低剖面混合型透鏡系統200的射線之角 度并引導該等射線通過孔徑光闊。透鏡元件230(2)校正低剖面混合型透鏡系統200之色差。 鑄造透鏡210(2)將自晶圓級透鏡210(1)接收到的射線束引導至鑄造透鏡210(3)。鑄造透鏡 210(2)的形狀設計至少在一特定程度上維持與視野位置相應各射線束的對稱性，使得晶圓 級透鏡210(1)之前的射線束的角分散與鑄造透鏡210(2)之后的相應射線束的角分散類似。 因此，TTL 295比不對稱情形下透鏡系統所達成之長度更短。鑄造透鏡210(3)主要用于(a) 校正像差，尤其是失真與像散，W及(b)引導射線束至影像平面250。
[0030] 表1A與1B列出低剖面混合型透鏡系統200之透鏡資料。該透鏡資料包括所有透鏡 表面212、透鏡元件230(1)及230(2)、基板220 W及鑄造透鏡210(2)及210(3)的設計參數之 值。透鏡資料亦包括孔徑光闊（ST0)位置、蓋玻璃(CG)240的組態W及蓋玻璃240與影像平面 (IMA)250之間的間隙。此外，亦列出所采用的物件位置(OBJ)。透鏡元件230(1)及230(2)、基 板220、鑄造透鏡210(2)及210(3)?及蓋玻璃240中之每一者的材料特性與厚度均在表1A中 W與自物件側所視相應元件之第一表面之相同列指示。表1A中所示材料特性為(a)夫朗和 斐譜線中D線λ〇 = 589.3時之折射率noW及(b)阿貝數。阿貝數用于衡量一材料之光色散程 度，其定義為Vd=(郵-l)/(n廣nc)，其中ns與nc分別為夫朗和斐譜線中F線λρ = 486. Inm與夫 朗和斐譜線中C線Ac = 656.3nm情形下之折射率。
[0031] 表1B列出各透鏡表面212的非球面系數。對于各透鏡表面212而言，表面輪廓可表 示如下：
[0032]
[0033] 其中Z是與光軸260平行的表面凹陷，其隨自光軸260的徑向距離而變化，C是曲率 半徑的倒數，k是圓錐常數，A4，A6, ...，···是第4、第6···階非球面項。
[0034] 低剖面混合型透鏡系統200之工作光圈數為2.53,視野角280為80.2度，TTL 295為 2.803mm，且1C 290為3.692mm。由此可得出低剖面混合型透鏡系統200之IC/TTL= 1.317。
[0035] 如表1A中所示，透鏡元件230(1)與230(2)采用兩種不同材料進行制造。透鏡元件 230(1)材料之折射率riD= 1.51，阿貝數Vd = 57.00,而透鏡元件230(2)材料之折射率郵二 1.59，阿貝數Vd = 31.24。透鏡元件230 (2)之阿貝數小于透鏡元件230 (1)與鑄造透鏡210 (2) 之阿貝數。
[0036] 《塑膠光學手冊》（化η化ook of Plastic Optics)(Wil巧-VCH出版社）列出阿貝數 大于55之透明光學材料之實例。該等實例包括聚甲基丙締酸甲醋（PMMA)W及諸如 AP^?50 14DP、TOMS# 5013與ZEONEX⑩480R之環締聚合物。在不偏離本案范疇的情形 下，阿貝數大于55之透鏡材料可能為塑膠、玻璃或任何其他光學材料。《塑膠光學手冊》進一 步列出阿貝數小于35之透明光學材料之實例。該等實例包括諸如;PANLITE感之聚碳酸醋， 諸如Ude瞄P-1700之聚諷W及諸如0KP-4之光學聚醋。在不偏離本案范疇的情形下，阿貝數 小于35之透鏡材料可能為塑膠、玻璃或任何其他光學材料。
[0037] 鑄造透鏡210(2)的透鏡表面212(2,1)及212(2,2)在光軸260上的投射位置隔開約 50微米。因此，除鑄造之外，在晶圓級(與晶圓級透鏡210(1)類似)上產生鑄造透鏡210(2)將 為不切實際的，此是因為此種晶圓級透鏡之基板厚度需小于50微米。類似地，鑄造透鏡210 (3)的透鏡表面212(3,1)及212(3,2)在光軸260上的投射位置隔開約100微米，且除鑄造之 夕h在晶圓級上產生鑄造透鏡210(3)將為不切實際的。
[003引 透鏡表面212的曲率半徑使得(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與1?6分別為透鏡表面212(1，1)、212(1，2)、212(2，1)、212(2,2)、212 (3，1)與212(3,2)之曲率半徑。
[0041 ] 圖3A、圖3B、圖3C與圖3D展不依據Zemax擧Optical Design Program所評估的化剖 面纔合型透鏡系統200(圖2)的光學效能。圖3A、圖3B、圖3C與圖3D分別展示化剖面纔合型透 鏡系統200的球面像差、f-theta失真、像場彎曲與橫向色差（假定物件(OBJ)與影像平面 (IMA)250的位置如表1A中所指示）。如圖3A、圖3B、圖3C與圖3D所示，低剖面混合型透鏡系統 200在高光學品質影像平面250上產生一影像。
[0042] 圖3A為低剖面混合型透鏡系統200的縱向球面像差之曲線圖。圖3A展示W毫米為 單位之縱向球面像差（于橫軸上顯示），其隨入射光瞳高度（于縱軸上顯示）而變化。縱軸自 光軸260延伸至與視野角280相關聯的光軸260的最極端徑向距離處。最大入射光瞳半徑為 rp = 0.4261mm。縱向球面像差曲線312、314與316分別在夫朗和斐譜線中F、D與C線上計算。
[0043] 圖3B為低剖面混合型透鏡系統200的f-theta失真之曲線圖。圖3B展示W百分比為 單位之f-theta失真(于橫軸上顯示），其隨視野角（于縱軸上顯示）而變化。縱軸自光軸260 延伸至視野角280所限制最極端位置處。因此，圖3B中所標繪的最大視野角為0max = 40.110°。失真曲線322(實線)是在波長λΡ下進行計算，失真曲線324(虛線)是在波長λΟ下進 行計算，失真曲線326(點劃線)是在波長λΡ下進行計算。
[0044] 圖3C為低剖面混合型透鏡系統200的佩茲瓦爾像場彎曲之曲線圖。像場彎曲W毫 米為單位于橫軸上顯示，零與目max = 40.110°之間的視野角于縱軸上顯示。像場彎曲331與 像場彎曲332分別于矢狀及切向平面中W波長λΡ進行計算。像場彎曲333與像場彎曲334分 別于矢狀及切向平面中W波長λΟ進行計算。像場彎曲335與像場彎曲336分別于矢狀及切向 平面中W波長AC進行計算。
[0045] 圖3D為低剖面混合型透鏡系統200的橫向色差（亦稱為橫向像差）之曲線圖。圖3D 展示W微米為單位之橫向色差（于橫軸上顯示），其隨像場高度（于縱軸上顯示）而變化。縱 軸自光軸260延伸至與視野角280相關聯的光軸260的最極端徑向距離處。像場高度范圍為 hmin = (K軸上）至hmax = 1.8140mm。橫向色差參考為λΟ,使得λΟ的橫向色差344在所有像場 高度下均為零。橫向色差342在波長λΡ下進行計算。橫向色差346在波長AC下進行計算。在所 評估像場高度范圍下，橫向色差小于愛里斑半徑348。
[0046] 圖4說明包括W串聯形式光學禪接的晶圓級透鏡410 (1 )、鑄造透鏡410 (2)與鑄造 透鏡410(3)之例示性低剖面混合型透鏡系統400。低剖面混合型透鏡系統400W非限制性實 例說明結合圖1所論述的有益概念。雖然掲示低剖面混合型透鏡系統400的參數之特定值， 但實際值仍可能與所掲示數值存在偏差。所掲示參數值為一定范圍值之一特定實例，其可 擴展至該值范圍。低剖面混合型透鏡系統400為低剖面混合型透鏡系統120之一實施例，其 與低剖面混合型透鏡系統200(圖2)類似。晶圓級透鏡410(1)為晶圓級透鏡150之一實施例。 鑄造透鏡410 (2)及410 (3)分別為鑄造透鏡160及170之實施例。
[0047] 低剖面混合型透鏡系統400經組態W透過置放于低剖面混合型透鏡系統400與影 像平面450之間的蓋玻璃440而使場景在影像平面450上成像。蓋玻璃440可采用玻璃、塑膠 或二者組合進行制造。低剖面混合型透鏡系統400具有總軌道長度495,且在影像平面450上 形成像圈490。低剖面混合型透鏡系統400具有由視野角480指示之視野(F0V)。圖4進一步指 示低剖面混合型透鏡系統400之光軸460。
[004引晶圓級透鏡410(1)包括透鏡元件430(1)及430(2),?及基板420。透鏡元件430(1) 及430(2)分別為透鏡元件152及154之實施例。基板420為基板156之一實施例。基板420具有 背對影像平面450之實質上平面表面422(1)?及面向影像平面450之實質上平面表面422 (2)。透鏡元件430(1)及430(2)分別安置于表面422(1)及422(2)上。透鏡元件430(1)具有背 對影像平面450之凸透鏡表面412(1,1)。透鏡元件430(2)具有面向影像平面450之凹透鏡表 面412(1,2)。透鏡元件410(2)具有分別背對與面向影像平面450之凹透鏡表面412(2,1)及 凸透鏡表面412(2,2)。鑄造透鏡410(3)具有分別背對與面向影像平面450之透鏡表面412 (3，1)及412(3,2)。透鏡元件410(3)成聘翼形，透鏡表面412(3,1)及412(3,2)中之每一者包 括凸出與凹入部分。透鏡表面412之所有部分均為非球面。
[0049] 表面422(1)界定低剖面混合型透鏡系統400的孔徑光闊。在不偏離本案范疇的情 形下，基板420(1)的直徑可大于圖4中所示值，在此情形下，孔徑可形成于表面422(1)上W 形成孔徑光闊。此外，在不偏離本案范疇的情形下，透鏡元件430(1)及430(2)?及透鏡元件 410(2)及410(3)可具有比圖4中所示值更大的直徑，但下文呈現之光學效能采用如圖4中所 示的光學活性區域。
[0050] 凹透鏡表面412(1,1)采集入射光線并將該等入射光線引導至低剖面混合型透鏡 系統400。透鏡元件430(1)之凸平面形狀可減小進入低剖面混合型透鏡系統400的射線之角 度且引導該等射線通過孔徑光闊。透鏡元件430(2)校正低剖面混合型透鏡系統400之色差。 鑄造透鏡410(2)將自晶圓級透鏡410(1)接收到的射線束引導至鑄造透鏡410(3)。鑄造透鏡 410(2)的形狀設計至少在一特定程度上維持與視野位置相應各射線束的對稱性，從而確保 晶圓級透鏡410(1)之前的射線束的角分散與鑄造透鏡410(2)之后的相應射線束的角分散 類似。因此，TTL 495比不對稱情形下透鏡系統所得到的長度更短。鑄造透鏡410(3)主要用 于(a)校正像差，尤其是失真與像散，W及(b)引導射線束至影像平面450。
[0051] 表2A與2B列出低剖面混合型透鏡系統400之透鏡資料。該透鏡資料包括所有透鏡 表面412、透鏡元件430(1)及430(2)、基板420W及鑄造透鏡410(2)及410(3)的設計參數之 值。透鏡資料亦包括孔徑光闊（ST0)位置、蓋玻璃(CG)440的組態W及蓋玻璃440與影像平面 (IMA)250之間的間隙。此外，亦列出假定物件位置(OBJ)。透鏡元件430(1)及430(2)、基板 420、鑄造透鏡410 (2)及410 (3) W及蓋玻璃440中之每一者的材料特性與厚度均在表2A中W 與自物件側所視相應元件之第一表面之相同列顯示。表2A中所示材料特性為(a)夫朗和斐 譜線中D線λ〇 = 589.3時之折射率noW及(b)阿貝數。表2B列出各透鏡表面412之非球面系 數。
[0052] 低剖面混合型透鏡系統400之工作光圈數為2.49，視野角480為80.5度，TTL 495為 2.815mm，且1C 490為3.708mm。由此可得出低剖面混合型透鏡系統400之IC/TTL= 1.317。
[0053] 如表2A中所示，透鏡元件430(1)與430(2)采用兩種不同材料進行制造。透鏡元件 430 (1)材料之折射率no = 1.51，阿貝數Vd = 57.00，而透鏡元件430 (2)材料之折射率Μ = 1.59,阿貝數Vd = 31.24。透鏡元件430(2)之阿貝數小于透鏡元件430(1)與鑄造透鏡410(2) 之阿貝數。
[0054] 鑄造透鏡410(2)之透鏡表面412(2，1)及412(2，2)在光軸460上的投射位置重迭。 因此，除鑄造之外，在晶圓級（與晶圓級透鏡410(1)類似)上產生鑄造透鏡410(2)是不可能 的。鑄造透鏡412(3)之透鏡表面412(3.1)及410(3.2)在光軸460上的投射位置隔開約200微 米。因此，除鑄造之外，在晶圓級產生鑄造透鏡410(3)將為不切實際的，此是因為此種晶圓 級透鏡之基板厚度小于200微米。
[0化5]透鏡表面412的曲率半徑使得(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與1?6分別為透鏡表面412(1，1)、412(1，2)、412(2，1)、412(2,2)、412 (3，1)與412(3,2)之曲率半徑。
[0059] 圖5A、圖5B、圖5C與圖抓展示依據Zemax處Optical Design Program所評估的低剖 面混合型透鏡系統400(圖4)之光學效能。圖5A、圖5B、圖5C與圖5D中分別展示低剖面混合型 透鏡系統400之球面像差、f-theta失真、像場彎曲與橫向色差(假定物件(OBJ)與影像平面 (IMA)450之位置如表2A中所指不）。如圖5A、圖5B、圖5C與圖加所不，低剖面混合型透鏡系統 400在高光學品質影像平面450上產生一影像。
[0060] 圖5A為低剖面混合型透鏡系統400的縱向球面像差之曲線圖。圖5A展示W毫米為 單位之縱向球面像差（于橫軸上顯示），其隨入射光瞳高度（于縱軸上顯示）而變化。縱軸自 光軸460延伸至與視野角480相關聯的光軸460的最極端徑向距離處。最大入射光瞳半徑為 rp = 0.4243mm。縱向球面像差曲線512、514與516分別在夫朗和斐譜線中F、D與C線上計算。
[0061] 圖5B為低剖面混合型透鏡系統400的f-theta失真之曲線圖。圖5B展示W百分比為 單位之f-theta失真(于橫軸上顯示），其隨視野角（于縱軸上顯示）而變化。縱軸自光軸460 延伸至視野角480所限定的最極端位置處。因此，圖5B中所標繪的最大視野角為0max = 40.268°。失真曲線522(實線)在波長λΡ下進行計算，失真曲線524(虛線)在波長λΟ下進行計 算，失真曲線526(點劃線)在波長λΡ下進行計算。
[0062] 圖5C為低剖面混合型透鏡系統400的佩茲瓦爾像場彎曲之曲線圖。像場彎曲W毫 米為單位在橫軸上顯示，零與0max = 4〇.268°之間的視野角在縱軸上顯示。像場彎曲531與 像場彎曲532分別于矢狀及切向平面中W波長λΡ進行計算。像場彎曲533與像場彎曲534分 別于矢狀及切向平面中W波長λΟ進行計算。像場彎曲535與像場彎曲536分別于矢狀及切向 平面中W波長AC進行計算。
[0063] 圖加為低剖面混合型透鏡系統400的橫向色差之曲線圖。圖加展示W微米為單位 之橫向色差(于橫軸上顯示），其隨像場高度(于縱軸上顯示)而變化。縱軸自光軸460延伸至 與視野角480相關聯的光軸460的最極端徑向距離處。像場高度范圍為hmin = 0(軸上）至 hmax = 1.8140mm。橫向色差參考λ〇，使得λ〇的橫向色差544在所有像場高度下均為零。橫向 色差542在波長λΡ下進行計算。橫向色差546在波長AC下進行計算。在所評估像場高度范圍 情形下，橫向色差小于愛里斑半徑548。
[0064] 圖6說明用于制造低剖面混合型透鏡系統120(圖1)之一個例示性方法600。方法 600可用于根據低剖面混合型透鏡系統200(圖2)的透鏡規格或根據低剖面混合型透鏡系統 400(圖4)的透鏡規格形成低剖面混合型透鏡系統120。
[00化]于步驟640中，方法600組裝低剖面混合型透鏡系統120。步驟640包括一步驟642， 其中將晶圓級透鏡150、鑄造透鏡160與鑄造透鏡170安裝于一夾具中。該夾具經組態W光學 串聯形式置放晶圓級透鏡150、鑄造透鏡160與鑄造透鏡170,如圖1所示。在一實例中，步驟 642采用先前技術中已知的方法于夾具中安裝晶圓級透鏡150、鑄造透鏡160與鑄造透鏡 170。
[0066] 視情況需要，步驟640可先于步驟610、620及630。于步驟610中，方法600形成晶圓 級透鏡150。于步驟620中，方法600鑄造鑄造透鏡160。于步驟630中，方法600鑄造鑄造透鏡 170。
[0067] 于一實施例中，方法600進一步包括基于低剖面混合型透鏡系統120制造相機模組 110的步驟650。步驟650包括禪接低剖面混合型透鏡系統120至影像傳感器130W形成相機 模組110的步驟652。于一實例中，步驟642的夾具經組態W安裝至包括影像傳感器130的電 子電路板上。
[0068] 圖7說明用于形成復數晶圓級透鏡150(圖1)的一例示性方法700。方法600(圖6)的 步驟610可實作方法700。
[0069] 于步驟710中，在W與基板156相關聯的材料所制造的晶圓之第一表面上形成復數 個透鏡元件152。于步驟710的一實施例中，在該晶圓的第一表面上模制復數個透鏡元件。舉 例而言，將樹脂(例如聚合物樹脂)沉積在該晶圓的第一表面上;將帶有復數個凹部的模具 (各自的形狀與透鏡表面153互補)置放于第一表面(帶樹脂)上，固化該樹脂，且自第一表面 移除該模具。樹脂可為透過晶圓向第一表面上的樹脂照射紫外線光而進行固化的紫外線 (UV)可固化環氧樹脂。
[0070] 于步驟720中，在步驟710的晶圓之第二表面上形成復數個透鏡元件154,其中該第 二表面與第一表面對置。步驟720可與步驟710采用相同的方法，然而使用帶有復數個凹部 的模具，每一模具的形狀與透鏡表面155互補且其定位于與步驟710中所使用模具的凹部中 的一者相同的晶圓位置。
[0071] 于步驟730中，自晶圓單分出復數個晶圓級透鏡150。晶圓是(例如)采用先前技術 中已知的方法切割W形成復數個晶圓級透鏡150。
[0072] 圖8說明用于產生鑄造透鏡160及170(圖1)中的任一者的一例示性方法800。方法 600(圖6)的步驟620及630中的一個步驟或二者均可實作方法800。
[0073] 于步驟810中，在具有與鑄造透鏡（即，鑄造透鏡160與170中的一者）的形狀互補之 形狀的模具中安置樹脂(諸如聚合物樹脂）。
[0074] 于步驟820中，對樹脂進行硬化。于一實例中，樹脂為紫外線可固化環氧樹脂，且步 驟820包括將樹脂曝露至紫外線。步驟820導致在模具內形成鑄造透鏡。
[0075] 于步驟830中，打開模具W自其釋放鑄造透鏡。
[0076] 特征組合
[0077] 在不偏離本案范疇的情形下，上述特征及下文所主張之特征可W多種方式組合。 舉例而言，應了解，本案所述之低剖面混合型透鏡系統或其制造方法之諸態樣可并入或替 換本案所述的另一低剖面混合型透鏡系統或其制造方法的特征。下述實例說明上述實施例 之一些可能、非限制性組合。應當明確，可在不偏離本發明精神及范疇的情形下對本案內的 方法及器件作出諸多其他變更及修改：
[0078] (A1)-種用于使一場景在一影像平面上成像之低剖面混合型透鏡系統可包括： (a)-晶圓級透鏡，其帶有（i)具有對置的第一表面與第二表面之一平面基板，（ii)安置于 該第一表面上之一第一材料之一第一透鏡元件，W及（iii)安置于該第二表面上之一第二 材料之一第二透鏡元件；（b)-第一鑄造透鏡；（C)一第二鑄造透鏡。
[0079] (A2)于(A1)所表示之低剖面混合型透鏡系統中，該晶圓級透鏡、該第一鑄造透鏡 與該第二鑄造透鏡W串聯形式光學禪接。
[0080] (A3)于(A1)及(A2)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該第一鑄造透 鏡與該第二鑄造透鏡中之每一者可通體由相同材料構成。
[0081] (A4)于(A1)和(A2)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該第一鑄造透 鏡與該第二鑄造透鏡中之每一者可由單一塊體材料及一或多層表面涂層構成。
[0082] (A5)于(A1)至(A4)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該晶圓級透 鏡、該第一鑄造透鏡與該第二鑄造透鏡協作w使該場景在該影像平面上成像。
[0083] (A6)于(A1)至(A5)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，比之于該晶圓 級透鏡，該第一鑄造透鏡與第二鑄造透鏡更貼近該影像平面。
[0084] (A7)于(A6)所表示之低剖面混合型透鏡系統中，該晶圓級透鏡距該影像平面最 遠，該第二鑄造透鏡距該影像平面最近，該第一鑄造透鏡沿該低剖面混合型透鏡系統的光 軸位于該晶圓級透鏡及該第二鑄造透鏡之間。
[0085] (A8)如（A7)所表示之低剖面混合型透鏡系統可具有像圈（1C)及總軌道長度 (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鏡系統中的任一者中，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鏡系統中的任一者，其視野角可大 于 75。。
[0088] (All)如(A7)至(A10)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者，其工作光圈數 可小于3。
[0089] (A12)于(A7)至(All)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該晶圓級透 鏡之第一透鏡元件之阿貝數大于該晶圓級透鏡之第二透鏡元件之阿貝數。
[0090] (A13)于(A7)至(A12)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該第一鑄造 透鏡之阿貝數大于該晶圓級透鏡之第二透鏡元件之阿貝數。
[0091] (A14)于(A7)至(A13)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該晶圓級透 鏡之第二透鏡元件包括背對基板且面向影像平面之一第二透鏡表面，其中該第二透鏡表面 之曲率半徑為R2;且該第二鑄造透鏡可包括(a)背對影像平面且曲率半徑為R5之一第五透 鏡表面，W及(b)面向影像平面且曲率半徑為R6之一第六透鏡表面;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鏡系統內，該晶圓級透鏡之第 一透鏡元件可包括背對基板且背對影像平面之一第一透鏡表面，其中該第一透鏡表面之曲 率半徑為R1;該晶圓級透鏡之第二透鏡元件可包括背對基板且面向影像平面之一第二透鏡 表面，其中該第二透鏡表面之曲率半徑為R2，；該第一鑄造透鏡可包括(a)背對影像平面且 曲率半徑為R3之一第Ξ透鏡表面，W及(b)面向影像平面且曲率半徑為R4之一第四透鏡表 面;且該第二鑄造透鏡可包括背對影像平面且曲率半徑為R5之一第五透鏡表面；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鏡系統中的任一者中，該晶圓級透 鏡之第一透鏡元件可包括背對基板且背對影像平面之一凸透鏡表面;該晶圓級透鏡之第二 透鏡元件可包括背對基板且面向影像平面之一凹透鏡表面;且該第一鑄造透鏡可包括(a) 背對影像平面之一凹入鑄造透鏡及(b)面向影像平面之一凸出鑄造透鏡。
[0094] (A17)于(A16)所表示之低剖面混合型透鏡系統中，凹入鑄造透鏡表面沿光軸之位 置可與凸出鑄造透鏡表面沿光軸之位置重迭。
[00M] (A18)于(A1)至(A17)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該第一鑄造 透鏡及該第二鑄造透鏡中的每一者可包括(a)背對影像平面且沿低剖面混合型透鏡系統的 光軸具有一第一位置之一第一透鏡表面，W及(b)面向影像平面且沿光軸具有一第二位置 之一第二透鏡表面，其中該第二位置自該第一位置偏移小于ο. 3毫米。
[0096] (A19)于(A1)至(A17)所表示之低剖面混合型透鏡系統中的任一者中，該第一鑄造 透鏡及該第二鑄造透鏡中的任一者可包括(a)背對影像平面且沿低剖面混合型透鏡系統之 光軸具有一第一位置之一第一透鏡表面，W及(b)面向影像平面且沿光軸具有一第二位置 之一第二透鏡表面，其中該第二位置自該第一位置偏移小于0.1毫米。
[0097] (B1)-種用于制造低剖面混合型透鏡系統之方法可包括于一夾具中安裝一晶圓 級透鏡、一第一鑄造透鏡與一第二鑄造透鏡，從而W串聯形式光學禪接該晶圓級透鏡、第一 鑄造透鏡與第二鑄造透鏡，其中該晶圓級透鏡包含(a)具有對置的第一表面與第二表面之 一平面基板，（b)安置于該第一表面上之一第一材料之一第一透鏡元件，W及(C)安置于該 第二表面上之一第二材料之一第二透鏡元件。
[0098] (B2KB1)所表示之方法可進一步包括:在一晶圓之一第一表面上安置該第一透鏡 元件之第一復數個復本，W及在該晶圓之一第二平面上安置該第二透鏡元件之第二復數個 復本，其中該晶圓之第二平面與該第一平面對置。
[0099] (B3KB2)所表示之方法可進一步包括:在安置該第一復數個復本之該步驟之后且 在安置該第二復數個復本之該步驟之后，自該晶圓單分出該晶圓級透鏡之復數個復本。
[0100] (B4KB1)至(B3)所表示之方法可進一步包括在一第一模具內安置一第一材料，及 在處于該第一模具內時硬化該第一材料W形成該第一鑄造透鏡。
[0101] (B5KB1)至(B4)所表示之任何方法可進一步包括在一第二模具內安置一第二材 料，及在處于該第二模具內時硬化該第二材料W形成該第二鑄造透鏡。
[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 型透鏡系統中的任一者。
[0103] 可在不偏離本案范疇的情形下對上述系統及方法做出改變。因此應當指出的是， W上描述中含有或于附圖中展示之內容應解釋為說明性的意義而非限制性的意義。下列權 利要求是意欲涵蓋本案所述之所有一般特性及特定特征，且由于語言的關系，本系統及方 法的范疇的全部陳述可能落入其間。
【主權項】
1. 一種用于使場景在影像平面上成像的低剖面混合型透鏡系統，其包含： 晶圓級透鏡，其包括 具有對置的第一表面與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鏡元件，以及 安置于所述第二表面上的第二材料的第二透鏡元件； 第一鑄造透鏡；以及 第二鑄造透鏡； 其中所述晶圓級透鏡、所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄造透鏡以串聯形式光學耦接。2. 如權利要求1所述的系統，所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄造透鏡中的每一者均通 體由相同材料構成。3. 如權利要求1所述的系統，所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄造透鏡中的每一者均是 由單一塊體材料及一層或多層表面涂層構成。4. 如權利要求1所述的系統，所述晶圓級透鏡、所述第一鑄造透鏡、所述第二鑄造透鏡 是協作以使所述場景在所述影像平面上成像。5. 如權利要求4所述的系統，相比于所述晶圓級透鏡，所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄 造透鏡的每一者更貼近所述影像平面。6. 如權利要求1所述的系統，所述晶圓級透鏡距所述影像平面最遠，所述第二鑄造透鏡 距所述影像平面最近，所述第一鑄造透鏡沿所述低剖面混合型透鏡系統的光軸位于所述晶 圓級透鏡與所述第二鑄造透鏡之間。7. 如權利要求6所述的系統，其具有像圈（1C)及總軌道長度(TTL)，使得IC/TTL>1.275。8. 如權利要求7所述的系統，其具有TTL〈3毫米。9. 如權利要求7所述的系統，其視野角大于75°。10. 如權利要求7所述的系統，其工作光圈數小于3。11. 如權利要求6所述的系統， 所述晶圓級透鏡的所述第一透鏡元件的阿貝數大于所述晶圓級透鏡的所述第二透鏡 元件的阿貝數;且 所述第一鑄造透鏡的阿貝數大于所述晶圓級透鏡的所述第二透鏡元件的阿貝數。12. 如權利要求6所述的系統， 所述晶圓級透鏡的所述第二透鏡元件包括背對所述基板且面向所述影像平面的第二 透鏡表面，其中所述第二透鏡表面的曲率半徑為R2;且 所述第二鑄造透鏡包括： 背對所述影像平面且曲率半徑為R5的第五透鏡表面，以及 面向所述影像平面且曲率半徑為R6的第六透鏡表面； 其中 R2/R5*R6〈 1.85毫米。13. 如權利要求6所述的系統， 所述晶圓級透鏡的所述第一透鏡元件包括背對所述基板且背對所述影像平面的第一 透鏡表面，所述第一透鏡表面的曲率半徑為R1; 所述晶圓級透鏡的所述第二透鏡元件包括背對所述基板且面向所述影像平面的第二 透鏡表面，所述第二透鏡表面的曲率半徑為R2; 所述第一鑄造透鏡包括： 背對所述影像平面且曲率半徑為R3的第三透鏡表面，以及 面向所述影像平面且曲率半徑為R4的第四透鏡表面;且 所述第二鑄造透鏡包括背對所述影像平面且曲率半徑為R5的第五透鏡表面， 其中 R5/R3/R2/R4/R1〈0 · 15mm-3。14. 如權利要求6所述的系統， 所述晶圓級透鏡的所述第一透鏡元件包括背對所述基板且背對所述影像平面的凸透 鏡表面； 所述晶圓級透鏡的所述第二透鏡元件包括背對所述基板且面向所述影像平面的凹透 鏡表面;且 所述第一鑄造透鏡包括： 背對所述影像平面的凹入鑄造透鏡表面，以及 面向所述影像平面的凸出鑄造透鏡表面。15. 如權利要求14所述的系統，所述凹入鑄造透鏡表面沿所述光軸的定位與所述凸出 鑄造透鏡表面沿所述光軸的定位重迭。16. 如權利要求1所述的系統，所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄造透鏡中的每一者包 括:背對所述影像平面且沿所述低剖面混合型透鏡系統的光軸具有第一位置的第一透鏡表 面；以及 面向所述影像平面且沿所述光軸具有第二位置的第二透鏡表面，所述第二位置自所述 第一位置偏移小于0.3毫米。17. 如權利要求1所述的系統，所述第一鑄造透鏡及所述第二鑄造透鏡中的每一者包 括： 背對所述影像平面且沿所述低剖面混合型透鏡系統的光軸具有第一位置的第一透鏡 表面；以及 面向所述影像平面且沿所述光軸具有第二位置的第二透鏡表面，所述第二位置自所述 第一位置偏移小于0.1毫米。18. -種用于制造低剖面混合型透鏡系統的方法，其包含于夾具中安裝晶圓級透鏡、第 一鑄造透鏡與第二鑄造透鏡，從而以串聯形式光學耦接所述晶圓級透鏡以及所述第一鑄造 透鏡與所述第二鑄造透鏡，所述晶圓級透鏡包括： 具有對置的第一表面與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鏡元件；以及 安置于所述第二表面上的第二材料的第二透鏡元件。19. 如權利要求18所述的方法，其進一步包含： 在晶圓的第一表面上安置所述第一透鏡元件的第一多個復本； 在所述晶圓的第二表面上安置所述第二透鏡元件的第二多個復本，其中所述晶圓的所 述第二表面與所述第一表面對置;以及 在安置所述第一多個復本的所述步驟之后且在安置所述第二多個復本的所述步驟之 后，自所述晶圓單分出所述晶圓級透鏡的多個復本。20. 如權利要求18所述的方法，其進一步包含： 在第一模具內安置第一材料； 使所述第一材料在處于所述第一模具中時硬化以形成所述第一鑄造透鏡； 在第二模具內安置第二材料；以及 使所述第二材料在處于所述第二模具中時硬化以形成所述第二鑄造透鏡。
【文檔編號】G02B13/00GK105824101SQ201610052338
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月26日
【發明人】鄭婷予, 鄧兆展
【申請人】全視技術有限公司