專利名稱：非球面透鏡結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非球面透鏡結構及其制造方法，特別涉及一種具有雙非 球面表面的透鏡結構陣列及其制造方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的采用了高分辨率電子影像感側器的數(shù)字照相機需搭配高分辨率 的光學透鏡，例如非球面透鏡。盡管非球面透鏡具有許多光學特性的優(yōu)點， 然而利用研磨玻璃及拋光等傳統(tǒng)方式制造非球面透鏡卻非常困難，因此采用 全玻璃構件的非球面透鏡的光學裝置，例如集成數(shù)字相機或內(nèi)置于移動電話 的照相裝置，其制造成本相對昂貴。另一種傳統(tǒng)的非球面透鏡的制造方法是利用壓模法制作透明塑料材質 或低熔點玻璃材質的非球面透鏡。盡管以壓模法制作塑料非球面透鏡的成本 低廉，然而其制作的透鏡的精確度卻不足以用于高分辨率相機，尤其是在將 塑料非球面透鏡應用于主要聚焦構件時。更有甚者，傳統(tǒng)壓模法僅能依次序 模鑄樹脂，在透明板上制作單面的非球面透鏡，并重復制成陣列，以供晶圓 級封裝，因此，以傳統(tǒng)模鑄法制造非球面透鏡的批量生產(chǎn)能力有限，這也限 制了其制造成本的降低。圖l是剖面示意圖，其示出了傳統(tǒng)的制作塑料非球面透鏡的壓模法。請 參閱圖l，首先將透明樹脂3灌注于透明基板1上。接著將一模具2移向基 板，使其將透明樹脂3壓鑄成透明基板1上的具有非球面表面3a的透鏡。 當完成壓鑄步驟后，使模具2返回原點。接著，重復復制上述模鑄步驟，以 在基板上制成非球面透鏡陣列，以供晶圓級封裝加工使用。圖2是剖面示意圖，其示出了另一傳統(tǒng)混合結構的非球面透鏡的制作方 法，由此在凸透鏡上轉置一非球面復合層。傳統(tǒng)的復合式透鏡通過在單一透 鏡的表面上形成非球面復合層而制成，上述單一透鏡的材質為光學玻璃或透 鏡板，以作為非球面透鏡的母材，如此形成的非球面透鏡的制造成本相對較低。請參閱圖2，形成非球面透鏡所使用的模具10具有一平滑凹入的轉換面 20，以用于形成一非球面的復合層30。將一特定量的紫外光硬化樹脂設置于 該轉換面20上。上述紫外光硬化樹脂用以作為非球面的復合層30的光學材 料。接著，將采用光學玻璃材料制作的凸透鏡40設置于模具10中，并用一 支撐框50固定。該紫外光硬化樹脂便均勻地固定在轉換面20與凸透鏡40 之間。接著，將紫外光硬化樹脂光硬化后，便形成非球面透鏡。雖然采用模 具制作的非球面透鏡具有較佳的光學性質。然而，在凸透鏡上形成非球面的 復合層的批量生產(chǎn)性仍相對較低，因而其制造成本仍無法降低。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有雙非球面的透鏡結構及其制造方法，該具有雙非球面的透鏡結構利用微影及蝕刻加工而成，其光學性質優(yōu)于傳統(tǒng) 的單非球面透鏡。本發(fā)明的一方面在于提供一種非球面透鏡結構，包括 一第一透鏡構件 具有一非球面頂表面； 一第二透鏡構件，該第一透鏡構件設置于其上；其中 該第一透鏡構件與該第二透鏡構件之間的界面為球面。該第二透鏡構件包括 一非球面的背表面，其中該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該 第二透鏡構件的該非球面背表面的曲率半徑不同。該第二透鏡構件還可包括 一平面背表面，該非球面透鏡結構還包括一第三透鏡構件，其設置于該第二 透鏡構件的該平面背表面上。該第三透鏡構件包括一非球面的背表面，其中 該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該第三透鏡構件的該非球 面背表面的曲率半徑不同。本發(fā)明的另一方面在于提供一種非球面透鏡結構的制造方法，包括提 供一基板；在該基板上形成一通孔；向該通孔中插入一球型透鏡，露出該球 型透鏡的一預留曲面；向該基板上涂布一黑色染料層，擋住該該球型透鏡的 部分區(qū)域；在該基板上順應性地形成一光阻層，覆蓋該球型透鏡；以及在該 光阻層進行灰階微影加工，使該光阻層在球型透鏡上形成具有一非球面頂表 面的一第一透鏡構件。應注意的是。本發(fā)明的非球面透鏡結構的制造方法還包括研磨該球型透 鏡的背部，以形成一平面的背表面，作為一第二透鏡構件，以及在該第二透鏡構件的該平面背表面上形成具有一非球面背表面的一第三透鏡構件?；?者，移除該球型透鏡以形成一空穴，并在該空穴中形成具有一非球面背表面 的一第二透鏡構件。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文將結合具體實 施例，并配合附圖，進行詳細說明。


圖1是剖面示意圖，其示出了傳統(tǒng)的制作塑料非球面透鏡的壓模法； 圖2是剖面示意圖，其示出了另一傳統(tǒng)混合結構的非球面透鏡的制作方法；圖3 10是剖面示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有雙非球面 的透鏡結構的制造方法的各個步驟；以及圖11 12是剖面示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有雙非 球面的透鏡結構的制造方法的各個步驟。其中，附圖標記說明如下現(xiàn)有技術部分(第1 2圖)1 透明基板；2~模具；3 透明樹脂；3a 非球面表面；10~模具；20~轉 換面；30 非球面的復合層；40 凸透鏡；50~支撐框。本發(fā)明部分(第3 12圖)lOO-基板；105~通孔；200 球面鏡；110 黑色染料層；120~光阻層；300~光罩；125 非球面構件；125a 非球面構件的非球面頂表面；210 第三透鏡 構件；210a 第三透鏡構件的非球面背表面；250 第二透鏡構件；250a 第二透鏡構件的非球面背表面。
具體實施方式
圖3 10是剖面示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的雙非球面透鏡結 構的制造方法的各個步驟。請參閱圖3，首先提供一基板100，其可以是塊 材硅基板、石英基板或玻璃基板?；?00是可用于制作非球面透鏡結構的 承載基板。請參閱圖4，在基板100上制作一通孔105。通孔105的直徑可等于或小于后續(xù)置入的球面鏡200。接著，將球面鏡200插入通孔105中，露出球 面鏡200的預定曲面，如圖5所示。接著，請參閱圖6，向基板100上涂布一黑色染料層110，擋住球面鏡 200的一部分。黑色染料層110形成于基板100上，可作為非球面透鏡結構 的緩沖層。請參閱圖7，順應性地向基板100上涂布一光阻層120，以覆蓋黑色染 料層110與球面鏡200。 一諸如相轉移光罩等光罩300設置于將要形成非球 面透鏡結構的主要區(qū)域上方。上述相轉移光罩可以是一半透光罩或一灰階光 罩。在經(jīng)過微影工序后，具有非球面表面125a的非球面構件125，可作為非 球面透鏡的第一透鏡構件，如圖8所示。在一實施例中，球面鏡200可作為 非球面透鏡的第二透鏡構件，可利用其背面的球面。在其它實施例中，可選擇性地進行熱加工及熱回流加工，以改變非球面 表面125a的表面曲率，使非球面構件125達到最佳的光學性質。甚至還可 使用具有特定曲面的模具，對其進行修飾并控制，以改變非球面表面125a 的表面曲率，從而改善其光學性質。請參閱圖9，實施一平坦化步驟，以將球面鏡200的背面移除，形成一 平面。例如，采用化學機械研磨法(CMP)移除球面鏡200背面的凸面，使 其形成平面。接著，在平坦化后的球面鏡200的背面上形成一第三透鏡構件 210，如圖10所示。第三透鏡構件210具有一非球面的表面，其可利用壓模 法成型。應注意的是，非球面構件125的非球面的頂表面125a的曲率半徑 可與第三透鏡構件210的非球面的背表面210a的曲率半徑不同。因此，具有雙非球面的透鏡結構陣列可通過微影加工直接形成于基板 上，以供晶圓級封裝。此外，形成非透鏡結構陣列的制造方法還包括其它構 件及加工步驟，因為這些構件以及加工步驟應該是本領域技術人員所熟知 的，為了簡明的緣故，在此省略對相關細節(jié)的描述。圖11 12是剖面示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有雙非 球面的透鏡結構的制造方法的各個步驟。請參閱圖11，本發(fā)明另一實施例的 球面鏡200由可光分解的樹脂制成，例如采用可通過紫外光(UV)進行光 分解的樹脂。該可光分解的樹脂球面鏡200經(jīng)過紫外光照射后，可由化學溶 劑溶解，留下一空穴。請參閱圖12，另一類形式的第二透鏡構件250具有非球面的背表面 250a，形成于先前形成的空穴中。該另一類形式的第二透鏡構件250可由壓 模法形成。應注意的是，非球面構件125非球面的頂表面125a的曲率半徑 可與另一類形式的第二透鏡構件250非球面的背表面250a的曲率半徑不同。 接著，進行后續(xù)的加工步驟以完成加工。具有雙非球面的透鏡結構陣列可通 過微影加工直接形成于基板上，以供晶圓及封裝。此外，形成非透鏡結構陣 列的制造方法還包括其它構件及加工步驟，因這些構件以及加工步驟應該是 本領域技術人員所熟知的，為了簡明的緣故，在此省略對相關細節(jié)的描述。本發(fā)明實施例的特征及優(yōu)點在于利用微影加工直接在基板上形成具有 雙非球面的透鏡結構陣列。因此，批量生產(chǎn)的非球面透鏡結構的曲率半徑及 表面曲度可精確地調整及控制。雙非球面的透鏡結構陣列可供晶圓及封裝之 用。與傳統(tǒng)的單非球面的透鏡結構相比較，其光學性質也獲得了顯著的改善。盡管通過具體實施例對本發(fā)明進行了如上描述，然而其并非用以限定本 發(fā)明的范圍，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進行 些許的變化與修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求書所界定 的范圍為準。
權利要求
1. 一種非球面透鏡結構，包括一第一透鏡構件，其具有一非球面頂表面；一第二透鏡構件，該第一透鏡構件設置于其上；其中該第一透鏡構件與該第二透鏡構件之間的界面為球面。
2. 如權利要求1所述的非球面透鏡結構，其中，該第二透鏡構件包括一 非球面背表面；該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該第二透鏡 構件的該非球面背表面的曲率半徑不同。
3. 如權利要求1所述的非球面透鏡結構，其中，該第二透鏡構件包括一 平面背表面；該非球面透鏡結構還包括一第三透鏡構件，其設置于該第二透 鏡構件的該平面背表面上。
4. 如權利要求3所述的非球面透鏡結構，其中，該第三透鏡構件包括一 非球面背表面；該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該第三透鏡 構件的該非球面背表面的曲率半徑不同。
5. 如權利要求1所述的非球面透鏡結構，還包括一基板，以作為該非球 面透鏡結構的承載結構。
6. 如權利要求5所述的非球面透鏡結構，還包括一黑色染料層，其設置 于該基板上，以作為該非球面透鏡結構的緩沖層。
7. —種非球面透鏡結構的制造方法，包括 提供一基板； 在該基板上形成一通孔；向該通孔中插入一球型透鏡，并露出該球型透鏡的一預留曲面； 向該基板上涂布一黑色染料層，并擋住該球型透鏡的部分區(qū)域； 在該基板上順應性地形成一光阻層，覆蓋該球型透鏡；以及 對該光阻層進行灰階微影加工，以通過該光阻層在該球型透鏡上形成具 有一非球面頂表面的一第一透鏡構件。
8. 如權利要求7所述的非球面透鏡結構的制造方法，還包括 研磨該球型透鏡的背部以形成一平面的背表面，以作為一第二透鏡構件；以及在該第二透鏡構件的該平面背表面上形成具有一非球面背表面的一第 三透鏡構件。
9. 如權利要求7所述的非球面透鏡結構的制造方法，還包括 移除該球型透鏡以形成一空穴；以及 在該空穴中形成具有一非球面背表面的一第二透鏡構件。
10. 如權利要求7所述的非球面透鏡結構的制造方法，還包括采取一熱 回流步驟，以改變該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑。
11. 如權利要求7所述的非球面透鏡結構的制造方法，還包括采取一壓 模步驟，以改變該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑。
12. 如權利要求8所述的非球面透鏡結構的制造方法，其中該第三透鏡 構件通過一壓模步驟形成。
13. 如權利要求9所述的非球面透鏡結構的制造方法，其中該第二透鏡 構件通過一壓模步驟形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非球面透鏡結構及其制造方法；該非球面透鏡結構包括一第一透鏡構件，其具有一非球面頂表面；一第二透鏡構件，該第一透鏡構件設置于其上；其中該第一透鏡構件與該第二透鏡構件之間的界面為球面；該第二透鏡構件包括一非球面背表面，其中該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該第二透鏡構件的該非球面背表面的曲率半徑不同；該第二透鏡構件還可包括一平面背表面，且該非球面透鏡結構還包括一第三透鏡構件，其設置于該第二透鏡構件的該平面背表面上；該第三透鏡構件包括一非球面的背表面，其中該第一透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑與該第三透鏡構件的該非球面背表面的曲率半徑不同。
文檔編號G03F7/00GK101246225SQ200710106688
公開日2008年8月20日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權日2007年2月15日
發(fā)明者張家揚, 戎柏忠, 林建邦, 熊信昌, 王唯科 申請人:采鈺科技股份有限公司