懸式透鏡系統(tǒng)及用于制造懸式透鏡系統(tǒng)的晶圓級(jí)方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]隨著在廣泛多種應(yīng)用中對(duì)成像系統(tǒng)的使用的增加，對(duì)傳遞高效能的緊密相機(jī)系統(tǒng)的需求漸增。在諸如消費(fèi)者電子設(shè)備、機(jī)器視覺、汽車以及醫(yī)學(xué)診斷學(xué)的領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)此等應(yīng)用。效能需求取決于特定應(yīng)用。在諸如監(jiān)視以及汽車安全的一些應(yīng)用中，需要大的視野。諸如攜帶型消費(fèi)者器件的其他應(yīng)用可能需要高質(zhì)量成像連同非常緊密的外觀尺寸以及低的成本。
[0002]受此需求的驅(qū)使，相機(jī)制造商正使用來自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的制造技術(shù)來開發(fā)晶圓級(jí)相機(jī)。晶圓級(jí)相機(jī)是其中以晶圓級(jí)制造個(gè)別部件的相機(jī)。透鏡晶圓以及影像傳感器晶圓被切割以將個(gè)別透鏡以及個(gè)別影像傳感器單一化，所述個(gè)別透鏡以及個(gè)別影像傳感器隨后被結(jié)合以產(chǎn)生個(gè)別晶圓級(jí)相機(jī)。晶圓級(jí)技術(shù)促進(jìn)以低成本制造緊密相機(jī)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一實(shí)施例中，用于使場(chǎng)景成像的懸式透鏡系統(tǒng)包含:(a)用于自所述場(chǎng)景接收光的第一單件透鏡，其中所述第一單件透鏡包含第一凹表面；以及(b)包含面向所述第一凹表面的第一側(cè)的基板，其用于固持所述第一單件透鏡，其中所述基板具有非零光透射且僅接觸所述第一單件透鏡的遠(yuǎn)離所述第一凹表面的部分。
[0004]在一實(shí)施例中，一種用于制造懸式透鏡系統(tǒng)的晶圓級(jí)方法包含:模制第一透鏡陣列，其中所述第一透鏡陣列的每一透鏡均包含凹表面；以及將所述第一透鏡陣列結(jié)合至具有非零光透射的基板的第一表面，以使得所述凹表面面向所述基板，從而形成懸式透鏡晶圓。
【附圖說明】
[0005]圖1說明根據(jù)一實(shí)施例的具有包含懸式透鏡的成像物鏡的晶圓級(jí)相機(jī)。
[0006]圖2說明使用習(xí)知晶圓級(jí)制造方法所制造的先前技術(shù)成像系統(tǒng)。
[0007]圖3說明根據(jù)一實(shí)施例的具有懸式透鏡成像物鏡的晶圓級(jí)成像系統(tǒng)。
[0008]圖4是根據(jù)一實(shí)施例的說明用于制造懸式透鏡系統(tǒng)的晶圓級(jí)方法的流程圖。
[0009]圖5說明根據(jù)一實(shí)施例的透鏡陣列、基板、懸式透鏡晶圓、懸式透鏡系統(tǒng)以及包含懸式透鏡系統(tǒng)的成像系統(tǒng)，以上各者皆可藉由圖4中的方法形成或皆可用于圖4的方法中。
[0010]圖6是根據(jù)一實(shí)施例的說明用于制造包含兩個(gè)懸式透鏡的懸式透鏡系統(tǒng)的晶圓級(jí)方法的流程圖。
[0011]圖7說明根據(jù)一實(shí)施例的懸式透鏡晶圓、雙層懸式透鏡系統(tǒng)以及包含雙層懸式透鏡系統(tǒng)的成像系統(tǒng)，以上各者皆可藉由圖6的方法形成或皆可用于圖6的方法中。
[0012]圖8說明根據(jù)一實(shí)施例的用于在單一模制步驟中制造透鏡陣列的一種例示性方法。
[0013]圖9說明根據(jù)一實(shí)施例的圖8的方法的步驟。
[0014]圖10說明根據(jù)一實(shí)施例的懸式透鏡系統(tǒng)，其中懸式透鏡包含或不包含材料間隔物部分。
[0015]圖11說明根據(jù)一實(shí)施例的雙層懸式透鏡系統(tǒng)，其中懸式透鏡包含或不包含材料間隔物部分。
[0016]圖12說明根據(jù)一實(shí)施例的包含堆棧的多個(gè)懸式透鏡系統(tǒng)的一個(gè)例示性堆棧透鏡系統(tǒng)。
[0017]【符號(hào)說明】
[0018]100:晶圓級(jí)相機(jī)，110:成像物鏡，112:懸式透鏡，113:凹表面，
[0019]114:第二光學(xué)表面，115:基板，116:其他材料，120:影像傳感器，
[0020]200:先前技術(shù)成像系統(tǒng)，210:凹凸透鏡，211:透鏡組件，212:透鏡組件，
[0021]215:基板，216:微結(jié)構(gòu)，217:微結(jié)構(gòu)，220:凹凸透鏡，221:透鏡組件，
[0022]222:透鏡組件，225:基板，226:微結(jié)構(gòu)，227:微結(jié)構(gòu)，230:影像傳感器，
[0023]235:像素陣列，240:間隔物，250:間隔物，260:擋止孔隙，270:視野角，
[0024]300:成像系統(tǒng)，310:懸式凹凸透鏡，315:基板，320:懸式凹凸透鏡，
[0025]350:間隔物，360:擋止孔隙，370:視野角，510:透鏡陣列，511:透鏡，
[0026]512:凹表面，513:光學(xué)表面，520:基板，522:擋止孔隙，
[0027]530:懸式透鏡晶圓，540:懸式透鏡系統(tǒng)，541:基板，550:懸式透鏡系統(tǒng)，
[0028]551:波長(zhǎng)濾波器，552:間隔物，560:成像系統(tǒng)，561:影像傳感器，
[0029]562:間隔物，570:成像系統(tǒng)，710:雙層懸式透鏡晶圓，711:透鏡陣列，
[0030]712:懸式透鏡，713:凹表面，714:光學(xué)表面，720:雙層懸式透鏡系統(tǒng)，
[0031]730:雙層懸式透鏡系統(tǒng)，731:影像傳感器，732:間隔物，740:成像系統(tǒng)，
[0032]750:成像系統(tǒng)，762:間隔物，901:圖式，902:圖式，903:透鏡陣列，
[0033]904:透鏡陣列，910:頂部模制工具，911:特征，920:底部模制工具，
[0034]921:特征，922:凹區(qū)，930:聚合物樹脂，931:聚合物樹脂部分，
[0035]932:聚合物樹脂部分，933:透鏡，934:過量聚合物，940:間隔物，
[0036]941:材料部分，942:孔隙，950:UV光，961:切割線，962:切割線，
[0037]1001:懸式透鏡系統(tǒng)，1002:懸式透鏡系統(tǒng)，1010:懸式透鏡，1011:凹表面，
[0038]1012:光學(xué)表面，1013:平面表面，1016:平面表面，1020:基板，
[0039]1022:擋止孔隙，1025:材料間隔物部分，1030:懸式透鏡，1040:基板，
[0040]1101:懸式透鏡系統(tǒng)，1102:懸式透鏡系統(tǒng)，1130:懸式透鏡，1131:凹表面，
[0041]1132:光學(xué)表面，1133:平面表面，1140:懸式透鏡，1145:材料間隔物部分，
[0042]1146:平面表面，1200:堆棧透鏡系統(tǒng)，1210:懸式透鏡系統(tǒng)，1220:間隔物，
[0043]1230:懸式透鏡系統(tǒng)，1240:額外間隔物，1250:額外懸式透鏡系統(tǒng)
【具體實(shí)施方式】
[0044]發(fā)明詳述
[0045]圖1說明一個(gè)例示性晶圓級(jí)相機(jī)100。晶圓級(jí)相機(jī)100包含用于使場(chǎng)景成像至影像傳感器120上的成像物鏡110。成像物鏡110包含由基板115固持的一個(gè)例示性懸式透鏡112。基板115具有非零光透射。在一實(shí)施例中，基板115包含具有非零光透射并用于使光通過至懸式透鏡112或使光自懸式透鏡112通過的材料。在另一實(shí)施例中，基板115包含用于使光通過至懸式透鏡112或使光自懸式透鏡112通過的孔隙。懸式透鏡112包含面向基板115的凹表面113。凹表面113彎曲遠(yuǎn)離基板115。因此，懸式透鏡112自基板115懸垂。懸式透鏡112包含第二光學(xué)表面114，所述第二光學(xué)表面背向基板115并用于使朝凹表面113或其有效部分傳播的光通過或使自凹表面113或其有效部分傳播的光通過。凹表面113的所述有效部分是凹表面113的與自場(chǎng)景行進(jìn)至影像傳感器120的光的通過相關(guān)聯(lián)的部分。雖然在圖1中被說明為凸面，但光學(xué)表面114可為凹面、凸面、平面或其組合。在一實(shí)施例中，基板115實(shí)質(zhì)上為平面且僅接觸懸式透鏡112的實(shí)質(zhì)上平面部分。在一實(shí)施例中，基板115的面向懸式透鏡112的表面實(shí)質(zhì)上為平面且僅接觸懸式透鏡112的實(shí)質(zhì)上平面部分。
[0046]懸式透鏡112為單件透鏡。術(shù)語「單件透鏡」是指透鏡，其中所述透鏡的位于光學(xué)表面之間的部分由單一零件組成，所述單一零件由單一材料制成而無介入材料、基板或媒介。因此，懸式透鏡112的位于凹表面113與光學(xué)表面114之間的部分由單一零件組成而無介入材料、基板或媒介。懸式透鏡112可在單一模制步驟中形成。在一實(shí)施例中，懸式透鏡112包含經(jīng)設(shè)置成遠(yuǎn)離凹表面113與光學(xué)表面114之間的區(qū)域的其他材料116。其他材料116可形成間隔物材料的至少一部分。包含其他材料116的懸式透鏡112的實(shí)施例在凹表面113與光學(xué)表面114之間亦不具有介入材料、基板或媒介，且因此為單件透鏡。懸式透鏡112的此實(shí)施例亦可在單一模制步驟中形成。
[0047]出于本發(fā)明的目的，晶圓級(jí)相機(jī)、成像系統(tǒng)或成像物鏡分別是使用晶圓級(jí)制造方法制造的相機(jī)、成像系統(tǒng)或成像物鏡。
[0048]懸式透鏡112是根據(jù)晶圓級(jí)制造方法來制造的，其中凹表面113以及光學(xué)表面114是在單一模制步驟中模制。此表示對(duì)習(xí)知晶圓級(jí)制造方法的簡(jiǎn)化，所述習(xí)知晶圓級(jí)制造方法需要更多步驟且亦頻繁地需要更多材料以制造具有兩個(gè)非平坦表面的透鏡。因此，可以低于習(xí)知晶圓級(jí)成像物鏡的成本來制造成像物鏡110。懸式透鏡112的某些實(shí)施例具有小于根據(jù)用于透鏡制造的習(xí)知晶圓級(jí)方法所制造的類似透鏡的直徑及/或短于根據(jù)用于透鏡制造的習(xí)知晶圓級(jí)方法所制造的類似透鏡的總高度(沿懸式透鏡112的光軸所量測(cè))。因此，成像物鏡110的對(duì)應(yīng)實(shí)施例可被制成小于具有類似成像性質(zhì)的習(xí)知晶圓級(jí)成像物鏡。因此，晶圓級(jí)相機(jī)100可被制成小于具有類似效能的習(xí)知晶圓級(jí)相機(jī)。另外，用于制造懸式透鏡112的晶圓級(jí)方法允許制造具有短于使用習(xí)知晶圓級(jí)方法制造的類似透鏡的有效焦距的懸式透鏡112的實(shí)施例。懸式透鏡112的此等實(shí)施例又可導(dǎo)致相機(jī)100與習(xí)知晶圓級(jí)相機(jī)相比具有較大視野。
[0049]下文論述的圖2以及圖3提供晶圓級(jí)相機(jī)100的一個(gè)例示性實(shí)施例與使用習(xí)知晶圓級(jí)透鏡制造方法制造的先前技術(shù)晶圓級(jí)相機(jī)的比較。
[0050]圖2說明使用習(xí)知晶圓級(jí)制造方法制造的先前技術(shù)成像系統(tǒng)200。成像系統(tǒng)200包含用于使場(chǎng)景成像至影像傳感器230的像素陣列235上的凹凸透鏡210以及220。凹凸透鏡210包含被模制至基板215的兩個(gè)對(duì)置表面上的透鏡組件211以及212?；?15包含擋止孔隙260。類似地，凹凸透鏡220包含被模制至基板225的兩個(gè)對(duì)置表面上的透鏡組件221以及222。當(dāng)使用間隔物250將影像傳感器230安裝至基板225上時(shí)，基板215以及225藉由間隔物240而分離。成像系統(tǒng)200具有視野角270。
[0051]凹凸透鏡210以及220中的每一個(gè)均以晶圓級(jí)來制造的，如下文中針對(duì)透鏡210所描述。多個(gè)透鏡組件211被模制于共同基板的一個(gè)表面上?；?15是此