圓片級透鏡系統(tǒng)及其制造方法
【專利說明】圓片級透鏡系統(tǒng)及其制造方法
【背景技術(shù)】
[0001] 相機(jī)模塊是整合至各式各樣的裝置中。諸如手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)及筆記本電腦的消 費(fèi)類電子裝置通常包含一小型相機(jī)模塊。大多數(shù)的這類裝置裝備有一由固定配置的塑料透 鏡所組成的透鏡系統(tǒng)。典型的相機(jī)模塊具有約兩百萬像素或更高的像素分辨率。有了這樣 大量像素共享入射光，相關(guān)的透鏡系統(tǒng)必須具有高度的（高的）光收集效率以產(chǎn)生足夠亮 的影像。光收集效率可用術(shù)語"光圈值（F-number)"表示，其定義為透鏡系統(tǒng)的有效焦距 (EFFL)對入射光瞳直徑（D)的比率，即，F(xiàn) = EFFL/D。因此，光圈值為來自該透鏡系統(tǒng)所收 集與成像的景象的光線部分的量度。低光圈值就等同高收集效率。為滿足成本的限制及性 能需求，許多相機(jī)模塊是由三個(gè)塑料透鏡構(gòu)成以產(chǎn)生一相對低的光圈值及可接受的成像特 性。塑料透鏡是使用注塑成型技術(shù)大量生產(chǎn)及組裝，連同影像傳感器及電子電路一起形成 一照相機(jī)模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 在一實(shí)施例中，一種用以將一景象成像在一像平面上的圓片級透鏡系統(tǒng)包含一或 多個(gè)圓片級透鏡，該一或多個(gè)圓片級透鏡中的每一者具有（a) -具有相對的第一及第二表 面的基板，（b) -由一第一材料制成且設(shè)置在該第一表面上的第一透鏡組件，以及（c) 一由 一第二材料制成且設(shè)置在該第二表面上的第二透鏡組件，其中，對于該一或多個(gè)圓片級透 鏡中的至少一者，該第一材料與該第二材料不同。
[0003] 在一實(shí)施例中，一種用以將一景象成像在一像平面上的圓片級透鏡系統(tǒng)包含三個(gè) 在光學(xué)上彼此串聯(lián)耦合的圓片級透鏡，該三個(gè)圓片級透鏡中的每一者具有（a) -具有相對 的第一及第二表面的基板，（b) -設(shè)置在該第一表面上且具有一背向該第一表面的非球面 表面的第一透鏡組件，以及（C) 一設(shè)置在該第二表面上且具有一背向該第二表面的非球面 表面的第二透鏡組件。
[0004] 在一實(shí)施例中，一種用以制造一圓片級透鏡系統(tǒng)的圓片級方法包含藉由以下步驟 形成一透鏡圓片：(a)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)由一第一材料制成的第一透鏡組件在一基板的一第一表 面上，以及（b)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)由一第二材料制成的第二透鏡組件在該基板的一第二表面上， 其中該第二表面與該第一表面相對，該第二材料與該第一材料不同，且該復(fù)數(shù)個(gè)第二透鏡 與該復(fù)數(shù)個(gè)第一透鏡對齊。
【附圖說明】
[0005] 圖1說明根據(jù)一實(shí)施例整合至一相機(jī)裝置內(nèi)并包含至少一圓片級透鏡的相機(jī)模 塊。
[0006] 圖2說明根據(jù)一實(shí)施例包含三個(gè)在光學(xué)上串聯(lián)耦合的圓片級透鏡的圓片級透鏡 系統(tǒng)。
[0007] 圖3A為圖2的圓片級透鏡系統(tǒng)的縱向球面像差曲線圖。
[0008] 圖3B為圖2的圓片級透鏡系統(tǒng)的畸變像差曲線圖。
[0009] 圖3C為圖2的圓片級透鏡系統(tǒng)的場曲像差曲線圖。
[0010] 圖3D為圖2的圓片級透鏡系統(tǒng)的像場橫向色差曲線圖。
[0011] 圖4說明根據(jù)一實(shí)施例包含三個(gè)在光學(xué)上串聯(lián)耦合的圓片級透鏡的另一圓片級 透鏡系統(tǒng)。
[0012] 圖5A為圖4的圓片級透鏡系統(tǒng)的縱向球面像差曲線圖。
[0013] 圖5B為圖4的圓片級透鏡系統(tǒng)的畸變像差曲線圖。
[0014] 圖5C為圖4的圓片級透鏡系統(tǒng)的場曲像差曲線圖。
[0015] 圖為圖4的圓片級透鏡系統(tǒng)的像場橫向色差曲線圖。
[0016] 圖6說明根據(jù)一實(shí)施例包含三個(gè)在光學(xué)上串聯(lián)耦合的圓片級透鏡的圓片級透鏡 系統(tǒng)。
[0017] 圖7說明根據(jù)一實(shí)施例用以制造一透鏡圓片或復(fù)數(shù)個(gè)圓片級透鏡的方法。
[0018] 圖8說明根據(jù)一實(shí)施例用以制造一包含至少一圓片級透鏡的相機(jī)模塊的方法。
[0019] 附圖標(biāo)記說明：
[0020] 相機(jī)裝置100
[0021] 相機(jī)模塊110
[0022] 晶圓級透鏡系統(tǒng)120、200、400、600
[0023] 影像傳感器130
[0024] 電子電路板140
[0025] 晶圓級透鏡 150、210(1)、210(2)、210(3)、410(1)、410(2)、410(3)、610(1)、 610(2)、610 (3)
[0026] 透鏡組件 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] 非球面鷗翼形表面 232 (5, 1)、232 (6, 2)、432 (6, 2)
[0033] 蓋玻璃 240、440、MO
[0034] 影像平面 25〇、45〇、65〇
[0035] 光軸 260、460、660
[0036] 總軌道長度 270、470、670
[0037] FOV 角 280、480、680
[0038] 縱向球面像差曲線 312、314、316、512、514、516
[0039] 畸變曲線 322、324、326、522、524、526
[0040] 像場彎曲 331-336、531-536
[0041] 橫向色彩 342、344、346、542、544、546、548
[0042] 艾瑞盤半徑348、548
[0043] 非球面表面432 (5, I)
[0044] 點(diǎn) 630(1)
[0045] 方法 700、800
[0046] 步驟 710、712、714、72〇、 810、82〇、83〇、84〇、85〇、 852
【具體實(shí)施方式】
[0047] 本發(fā)明包含至少部分地使用圓片級制造方法所產(chǎn)生的圓片級透鏡系統(tǒng)。圓片級制 造的價(jià)格便宜且可以有傳統(tǒng)注塑成型透鏡不能夠?qū)崿F(xiàn)的透鏡設(shè)計(jì)改進(jìn)。特別是在本文中揭 示的圓片級透鏡系統(tǒng)及相關(guān)制造方法中，一圓片級透鏡的兩個(gè)表面是形成在載體基板的兩 相對側(cè)面上。因此，每個(gè)透鏡可以由二或三種不同的材料所組成，從而在與注塑成型透鏡及 其它傳統(tǒng)透鏡相比時(shí)，提供額外的自由度來優(yōu)化該透鏡系統(tǒng)的性能。此外，本發(fā)明的圓片級 透鏡系統(tǒng)可以使用具有回流焊接相容材料形成。這簡化了包含該圓片級透鏡系統(tǒng)的相機(jī)模 塊的制造。
[0048] 圖1說明一整合至一相機(jī)裝置100內(nèi)的例示性相機(jī)模塊110。相機(jī)裝置100為（例 如）手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、音樂播放器、筆記本計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)或另一電子裝置或系統(tǒng)。 相機(jī)模塊110包含一圓片級透鏡系統(tǒng)120、影像傳感器130及一電子電路板140。圓片級透 鏡系統(tǒng)120將一景象成像在一影像傳感器130上。電子電路板140促使了影像傳感器130 的運(yùn)作，諸如影像采集及影像讀出。圓片級透鏡系統(tǒng)120包含至少一圓片級透鏡150。
[0049] 圓片級透鏡150包含二個(gè)設(shè)置在一基板156的兩相對側(cè)面上的透鏡組件152、154。 透鏡組件152、154包含各自背向基板156的表面162、164。表面162、164與設(shè)在表面162、 164之間的材料一起形成一單一透鏡。然而，與傳統(tǒng)整個(gè)由相同材料構(gòu)成的單一透鏡相比， 透鏡組件152、透鏡組件154及基板156可由各自不同的材料所構(gòu)成。因此，與（例如）需 要整個(gè)由相同材料構(gòu)成的傳統(tǒng)注塑成型透鏡相比時(shí)，圓片級透鏡150在透鏡設(shè)計(jì)上提供了 額外的自由度。在一實(shí)施例中，圓片級透鏡組件152、154由各自不同的材料所構(gòu)成以改善 圓片級透鏡系統(tǒng)120的性能面。例如，圓片級透鏡組件152、154的材料在某些實(shí)施例中將 諸如色差、球面像差、畸變或像場彎曲的光學(xué)像差減至最低程度。這可導(dǎo)致圓片級透鏡系統(tǒng) 120所改善的性能超過使用傳統(tǒng)注塑成型透鏡所能達(dá)到的程度。
[0050] 圖1中所描繪的透鏡組件152、154形狀是例示性的，且透鏡組件152、154的實(shí)際 形狀在不偏離本發(fā)明范疇下可以不同。例如，圖1中所示的凸面透鏡表面162可為凹面、凸 面和凹面的組合、及/或具有與圖1中所示者不同的非球面特性。
[0051] 圓片級透鏡150是使用圓片級技術(shù)制造。復(fù)數(shù)個(gè)透鏡組件152及各自的復(fù)數(shù)個(gè)透 鏡組件154是形成在一基板圓片的兩相對側(cè)面上，該基板圓片隨后經(jīng)切割以產(chǎn)生個(gè)別的圓 片級透鏡150。由于透鏡組件152、透鏡組件154及基板156是獨(dú)立形成的。這些組件可由 不同的材料所構(gòu)成，如上所述。此外，圓片級制造非常適合大量生產(chǎn)，且當(dāng)與非圓片級制造 方法相比時(shí)通常與降低的制造成本相關(guān)聯(lián)。
[0052] 在一些實(shí)施例中，相機(jī)模塊110是使用回流焊接以形成至少一些與影像傳感器 130及電子電路板140相關(guān)的電接點(diǎn)。例如，在影像傳感器130及電子電路板140之間的電 接點(diǎn)于將圓片級透鏡系統(tǒng)120與影像傳感器130組裝一起之后使用回流焊接而形成。在影 像傳感器130與電子電路板組裝一起之前將圓片級透鏡系統(tǒng)120與影像傳感器130組裝一 起是有利的。此組裝順序不僅可簡化圓片級透鏡系統(tǒng)120與影像傳感器130的校正，包含 圓片級透鏡系統(tǒng)120及影像傳感器130的光學(xué)模塊可大量生產(chǎn)且隨后整合至各種各樣具有 不同電子電路板140特性的相機(jī)模塊中。
[0053] 在一裝配件的回流焊接中，永久性的電連接是通過加熱該裝配件以融熔設(shè)置在該 裝配件的接觸界面上的焊膏而形成。通常該裝配件是加熱至250Γ約10分鐘以形成永久性 的連接。因此，在一些實(shí)施例中，圓片級透鏡150、透鏡組件152、透鏡組件154及基板156是 由相容于回流焊接的材料所構(gòu)成；透鏡組件152、透鏡組件15