專利名稱：包括至少一個復(fù)制面的光學(xué)器件及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施例涉及光學(xué)器件及其相關(guān)方法。更具體地說，實施例涉及具有至少一個復(fù)制 面的光學(xué)器件及其相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
用于制造光學(xué)面，S卩，具有光學(xué)能力的面的大多數(shù)類型的材料，無論在制造方面， 還是在性能方面，都既有優(yōu)點又有缺點。例如，聚合物材料可以精確實現(xiàn)各式各樣的形狀， 并且在制造基于圓片的光學(xué)元件時，可以提供更大的自由度。可是，這種材料可能承受與例 如折射率的光學(xué)特性、例如直徑的機械特性相關(guān)的高溫。此外，當(dāng)形成特定透鏡設(shè)計所需聚 合物材料的厚度增厚時，可能發(fā)生過多的收縮。相反，玻璃具有較小的熱膨脹系數(shù)(CTE)和 小的光熱系數(shù)，當(dāng)玻璃透鏡的凹處增大，并且同時形成的透鏡數(shù)量增多時，透鏡的不一致性 增大，降低了取決于所采用的生產(chǎn)技術(shù)的生產(chǎn)率。因此，需要在一個基底面上形成包括各光學(xué)面的光學(xué)元件，這樣合并了一個以上 材料和/或者一種以上材料的優(yōu)點。此外，需要不同折射率的透鏡，這樣可以實現(xiàn)更小型的 設(shè)計、更自由的設(shè)計、并且/或者更好的性能。在本背景技術(shù)小節(jié)中描述的上述信息僅為了增強對本發(fā)明背景的理解，因此，它 可能含有不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
因此，實施例涉及光學(xué)器件及其相關(guān)方法，它們基本上克服了因為相關(guān)技術(shù)的局 限性和缺陷產(chǎn)生的一個或者多個問題。因此，實施例的特征是提供一種可以對工藝差異和/或者表面不規(guī)則進行補償?shù)?光學(xué)器件及其相關(guān)方法。因此，實施例的另一個特征是提供一種利用材料的最佳屬性的光學(xué)器件及其相關(guān) 方法。因此，實施例的又一個特征是提供一種可以實現(xiàn)更復(fù)雜透鏡設(shè)計的光學(xué)器件及其 相關(guān)方法。因此，實施例的又一個特征是提供一種可以實現(xiàn)許多面，而不增加基底數(shù)量的光 學(xué)器件及其相關(guān)方法。因此，實施例的另一個特征是提供一種可以使多個面結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)的光學(xué)器件及其 相關(guān)方法。因此，通過提供一種光學(xué)器件，可以實現(xiàn)上述以及其他特征和優(yōu)點至少之一，該光 學(xué)器件包括基底；非平面透明結(jié)構(gòu)，位于該基底的第一面上，該非平面透明結(jié)構(gòu)由第一材 料形成；以及成型折射面，與該非平面透明結(jié)構(gòu)相鄰，位于該基底的該第一面上，該成型折 射面由與該第一材料不同的第二材料形成。該成型折射面可以位于該非平面透明結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域和/或者外圍區(qū)域上。該成型折射面直接位于該基底的該第一面上。該第一材料和第二材料可以具有基本上相等的折 射率，也可以具有折射率差異和/或者阿貝數(shù)差異。該第一材料的折射率可以比該基底或 者該第二材料的折射率小。該基底可以由該第一材料形成。該成型折射面可以包括聚合 物。該第一材料可以包括第一聚合物，而該第二材料可以包括第二聚合物。該非平面透明 結(jié)構(gòu)可以包括階梯、折射光學(xué)元件、凸形光學(xué)元件、凹形光學(xué)元件等等。另一個非平面透 明結(jié)構(gòu)可以堆疊在該成型折射面上，而另一個成型折射面堆疊在該另一個非平面透明結(jié)構(gòu) 上。該成型折射面可以延伸該非平面透明結(jié)構(gòu)的有效直徑。該非平面透明結(jié)構(gòu)可以是球面 透鏡，而該光學(xué)器件是非球面的。該非平面透明結(jié)構(gòu)和該成型折射面至少之一可以以圓片 級形成。該第一材料可以是玻璃，而該第二材料可以包括聚合物。多個光學(xué)器件形成在圓 片上。通過提供一種制造多個光學(xué)器件的方法，可以實現(xiàn)上述以及其他特征和優(yōu)點至少 之一，該方法包括在基底的第一面上，設(shè)置多個非平面透明結(jié)構(gòu)，該基片結(jié)構(gòu)由第一材料 形成；以及在基底的第一面上，與該多個非平面透明結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)非平面透明結(jié)構(gòu)相鄰，設(shè) 置多個成型折射面，該成型折射面是與該第一材料不同的第二材料，每個光學(xué)器件都包括 至少一個非平面透明結(jié)構(gòu)和至少一個成型折射面。提供多個成型折射面可以包括特征化多個非平面透明結(jié)構(gòu)的偏差，根據(jù)該偏差， 形成靠模，對該靠模與該基底之間的可成型材料應(yīng)用該靠模。該非平面透明結(jié)構(gòu)的光學(xué)參 數(shù)可以小于預(yù)定光學(xué)參數(shù)。設(shè)置多個成型折射面可以包括根據(jù)預(yù)定光學(xué)參數(shù)，形成靠模； 以及對該靠模與該基底之間的可成型材料應(yīng)用該靠模。該光學(xué)參數(shù)可以是垂度、直徑、光 學(xué)屈光度、等等。通過提供照相機，可以實現(xiàn)上述以及其他特征和優(yōu)點至少之一，該照相機包括其 折射率約為1. 526，而阿貝數(shù)約為62. 8的基底材料的第一基底；第一材料的第一非球面，位 于該第一基底的第一面上，該第一材料具有約1. 519的折射率和約50. 9的阿貝數(shù)；第一材 料的第二非球面，位于該第一基底的第二面上；第二材料的第三非球面，位于該第二非球面 上，該第二材料具有約1. 582的折射率和約33的阿貝數(shù)；該基底材料的第二基底；該第二 材料的第四非球面，位于該第二基底的第一面上；該第二材料的第五非球面，位于該第二基 底的第二面上；該第一材料的第六非球面，位于該第五非球面上；該基底材料的第三基底； 該第二材料的第七非球面，位于該第三基底的第一面上；該第一材料的第八非球面，位于該 第三基底的第二面上；該第二材料的第九非球面，位于該第八非球面上；以及傳感器。


通過參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的典型實施例，上述以及其他特征和優(yōu)點對于本 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員顯而易見，其中圖1至4示出在根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，各階段的剖視圖；圖5至8示出在根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，各階段的剖視圖；圖9示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖11示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖12示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖13示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖14至16示出在根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，各階段的剖視圖；圖17示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖18示出在圖17所示的根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，一個階段的剖視 圖；圖19示出在圖17所示的根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，一個階段的剖視 圖；圖20至21示出在根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，各階段的剖視圖；圖22示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖23示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖24示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖25示出根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的剖視圖；以及圖26至30示出在根據(jù)實施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法中，各階段的剖視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參考附圖，更全面描述典型實施例，然而，它們可以以不同的形式實現(xiàn)，并 且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為它們構(gòu)成對在此描述的實施例的限制。相反，提供這些實施例，是為了使本說 明書透徹和完整，并且向本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_本發(fā)明的范圍。附圖中，為了使示圖清楚，各層和各區(qū)域的尺寸被放大。還應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)指一層或 者一個元件位于另一層或者另一個基底“上”時，它可以直接位于該另一層或者另一個基底 之上，也可以存在中間層。此外，應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)指一層位于另一層“下”時，它可以直接位于 之下，并且還可以存在一個或者多個中間層。此外，還應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)指一層位于兩層“之間” 時，它可以是兩層之間的唯一層，也可以存在一個或者多個中間層。在此使用的術(shù)語“圓片” 應(yīng)當(dāng)理解為，指在其上沿水平方向形成多個部件的基底，在最終使用前，通過在垂直方向上 切割(singulation)，該多個部件被水平分離。在本專利申請中，同樣的參考編號指同樣的 單元。首先討論使用具有相同折射率的不同材料。使用這種材料可以使工藝差異得到補 償，利用這兩種材料的最佳屬性，可以實現(xiàn)更復(fù)雜的透鏡設(shè)計，等等。如圖1所示，基底100上可以包括多個基片結(jié)構(gòu)110。基底100可以是具有低CTE 和光熱系數(shù)的透明材料，例如，玻璃。基片結(jié)構(gòu)110可以位于基底100上，并且可以由基底 100的材料形成。該基片結(jié)構(gòu)110可以通過適當(dāng)工藝生產(chǎn)，例如，利用平板印刷圖形保護層 蝕刻該基底100，復(fù)制后進行蝕刻、成形、離子注入、切削加工等等。如圖2所示，聚合物材料120可以被涂布在基片結(jié)構(gòu)110上。然后，使靠模130接 觸聚合物材料120，如圖3所示。然后，聚合物材料120可以被固化，并去除靠模130，這樣 獲得最終透鏡結(jié)構(gòu)140，如圖4所示。然后，基底100可以沿ζ軸分割，以形成要求陣列的或 者單獨的最終透鏡結(jié)構(gòu)140。盡管所描述的基片結(jié)構(gòu)110位于基底100上，但是也可以采用多種復(fù)制工藝，即， 采用復(fù)制，例如，熱壓紋，以形成基片結(jié)構(gòu)110。因此，可以對后續(xù)(各)復(fù)制步驟，選擇不同 的材料，以實現(xiàn)更好的性能和熱穩(wěn)定性。此外，盡管示出聚合物材料120僅位于各基片結(jié)構(gòu)110上，但是該聚合物材料120可以被涂布在整個基底100上，或者涂布在靠模130上。根據(jù)實施例，結(jié)合圖1至4描述的二次成形(overmolding)方法可以用于校正基 片結(jié)構(gòu)110的陣列中的不一致性。這對于具有高凹處的并且/或者在大直徑圓片上面的基 片結(jié)構(gòu)110特別有效。當(dāng)聚合物材料120對用于制造基片結(jié)構(gòu)110的制造工藝產(chǎn)生的差異 進行補償時，該基片結(jié)構(gòu)110的特征可以根據(jù)例如曲率半徑(ROC)、圓錐曲線等等的光學(xué)性 能的一致性進行描述，以確定該制造工藝產(chǎn)生的系統(tǒng)差異。因此，這種系統(tǒng)差異可以在設(shè)計 靠?；蛘吣＞?30時進行補償。因此，利用被分別補償?shù)目磕?30復(fù)制該聚合物材料120， 可以形成生產(chǎn)率高的一致的透鏡陣列。適當(dāng)復(fù)制技術(shù)包括紫外線(UV)壓印、熱壓印、納米 壓印(nano imprinting)等等。此外，在該復(fù)制工藝中，除了聚合物材料120，還可以采用其 他材料，諸如熱塑性材料、熱固性材料、溶膠一凝膠等等。可以以不同方式實現(xiàn)固化工藝，例 如，包括通過UV照射、或者厭氧法、化學(xué)法、或者加熱法。此外，所使用的基底可以被拋光，例如，具有大約Inm的表面光潔度或者粗糙切 口，例如，對于粗糙切口，具有大約100納米的表面光潔度。通過涂布相同折射率的聚合物 材料，可以對形成在基底上的基片結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的基底表面光潔度的不規(guī)則性進行補償。因 此，可以省略高成本的拋光階段，例如，火焰拋光、機械拋光、或者酸拋光。當(dāng)要處理的圓片 尺寸增大時，這樣做尤其具有優(yōu)勢。根據(jù)另一個實施例，與復(fù)制聚合物透鏡相比，使用一種以上的材料可以改善熱性 能，而且可以減輕聚合物材料在復(fù)制時的物理收縮。聚合物材料可以被復(fù)制，以實現(xiàn)具有預(yù) 定光學(xué)特性的最終光學(xué)器件140。例如，基片結(jié)構(gòu)110可以具有比預(yù)定凹處小的凹處，并且 可以設(shè)計靠模130來設(shè)置預(yù)定凹處。因此，聚合物材料120可以被涂布在基底100上，并且 可以壓靠模130。因此，最終光學(xué)器件140可以具有預(yù)定凹處。因此，與具有預(yù)定光學(xué)技術(shù) 規(guī)范的基片透鏡相比，該基片結(jié)構(gòu)110可以更輕易地和廉價地制造。如果該聚合物材料的折射率與玻璃材料的折射率相同，則蝕刻之后，玻璃圓片的 輪廓不影響透鏡的性能。即，性能僅由聚合物空氣界面形成的輪廓以及從該界面到該圓片 對側(cè)上的平面的距離決定。然而，由于實際上聚合物的折射率與該玻璃不會完全匹配，所以 該玻璃的輪廓將或多或少影響性能，但是可以在該設(shè)計中使這種影響降低到最小?？狗瓷?層可以用于降低折射率差異(index contrast)的影響。由于可以采用一層較薄的聚合物 材料120，所以收縮不是問題。最后，因為基片結(jié)構(gòu)110的CTE和dn/dt低，所以最終光學(xué)器 件140可以具有低的溫度相關(guān)性，并且由于以聚合物材料120復(fù)制，所以可以非常精確地形 成它們。作為構(gòu)成如圖1至4所示折射面的基片結(jié)構(gòu)110的連續(xù)面的變型，基底200上的 基片結(jié)構(gòu)210可以包括分立階梯，如圖5所示。形成階梯式基片結(jié)構(gòu)210比利用模擬蝕刻 技術(shù)形成連續(xù)基片結(jié)構(gòu)更快并且更精確。如圖6所示，具有基片結(jié)構(gòu)210的基底200可以被噴涂聚合物材料220。如圖7所 示，靠模230可以壓在基底200上的聚合物材料220上。例如，可以利用UV光，固化復(fù)制的 聚合物材料220。圖8示出靠模230被取下之后的最終光學(xué)器件240。圖9示出相同的處理，但是，是對凹面的。特別是，可以在基底300上形成凹形階 梯式基片結(jié)構(gòu)310。然后，聚合物材料320可以被涂布在該凹形階梯式基片結(jié)構(gòu)310上，然 后，可以復(fù)制和固化它，以形成最終光學(xué)器件340。
如圖8和9所示，當(dāng)采用分立級的基片結(jié)構(gòu)時，可以這樣設(shè)計階梯的高度，以致靠 模可以接觸各角部或者接近每個階梯的角部。在這種情況下，聚合物材料220、320的最大 厚度可以基本上等于選擇的最大階梯高度(或者稍許大于該數(shù)值)。圖10示出，例如通過濕法蝕刻、然后利用聚合物材料420 二次成形形成的凹形連 續(xù)基片結(jié)構(gòu)410，然后，可以復(fù)制該聚合物材料420，以形成最終光學(xué)器件440。與干法蝕刻 相比，執(zhí)行濕法蝕刻更廉價。圖11示出在基底500上具有階梯式基片結(jié)構(gòu)510的單個最終光學(xué)器件540的截 面，然后，該基底500具有在其上復(fù)制的聚合物材料520。圖11所示的最終光學(xué)器件540是 “鷗翼”透鏡的例子，即，在該透鏡面上，既具有正曲率又具有負(fù)曲率。圖12示出在基底600的相對面上形成的階梯式基片結(jié)構(gòu)610、612，對各基片結(jié)構(gòu) 610,612涂布聚合物材料620、622，以及復(fù)制該聚合物材料620、622，以形成最終光學(xué)器件 640。如圖12所示，該最終光學(xué)器件640可以是凸凹透鏡或者彎月形透鏡。圖13示出與圖12所示方法類似的方法，但是代替階梯式結(jié)構(gòu)，連續(xù)基片結(jié)構(gòu)710、 712設(shè)置在基底700的兩側(cè)。該連續(xù)基片結(jié)構(gòu)710、712可以由干法蝕刻形成。如圖12所 示，最終光學(xué)器件740可以形成彎月形透鏡。在一些實施例中，上面討論的基片結(jié)構(gòu)的通常特征是基片透鏡(例如，連續(xù)球面 或者非球面)。然而，當(dāng)該基片結(jié)構(gòu)與該聚合物之間的折射率基本匹配，并且二次成形全 部該基片結(jié)構(gòu)時，該基片結(jié)構(gòu)可以是任何相配的非平面透明結(jié)構(gòu)，即，具有任何所要求的形 狀，以便成形后實現(xiàn)特定的光學(xué)性能。例如，非平面透明結(jié)構(gòu)可以是棱錐形的、圓柱形的、錐 形的、圓環(huán)、或者任何任意形狀，等等。盡管如上所述在現(xiàn)有基片結(jié)構(gòu)上成形聚合物可以用于許多應(yīng)用，但是制造用于其 他應(yīng)用的足夠大基片結(jié)構(gòu)卻是困難的。此外，當(dāng)前沒有用于制造一般非球面的實用圓片 級方法。通常，對于蝕刻的玻璃透鏡，透鏡屈光度(prescription)和直徑都受到光致抗 蝕劑回流技術(shù)的限制，因此，一般非球面是不可能的，并且只有小范圍的ROC和K屈光度 (prescription)可用于給定直徑的透鏡。對于全聚合物透鏡，聚合物的色散特性和膨脹特 性對于要求較大工作溫度范圍的應(yīng)用存在問題。此外，如上所述，較厚的聚合物層更難以制 造，因此，較大凹陷的透鏡或許不可能。圖14至16示出根據(jù)實施例的光學(xué)器件的制作方法中的各階段的剖視圖。如下所 做的詳細(xì)描述，不在基片透鏡的中心部分涂布聚合物，如上所述，聚合物材料可以被涂布在 該基片透鏡的外圍，或者實際上位于該基片透鏡的邊緣上，或者與其鄰近處。例如，可以圍 繞該基片透鏡的邊緣復(fù)制該聚合物材料，以增大直徑和/或者對該基片透鏡的邊緣提供非 球面校正。由于中心全是玻璃的，特別是對于軸上性能，這種設(shè)計可以提供比全聚合物解決 方案更好的熱性能。這種設(shè)計還可以降低聚合物上的應(yīng)力，因為可以用較少的聚合物補充 該透鏡主體。因此，較大的透鏡和/或者一般非球面可以由玻璃構(gòu)成的大部分材料實現(xiàn)， 即，基片透鏡。此外，可以降低對蝕刻的透鏡性能的要求，因為可以由成形部件提供校正。另 外，透鏡性能對基片透鏡的中心部分之外的圓片制造缺陷不敏感，因為根據(jù)實施例，在成形 處理時，聚合物會填充這些區(qū)域。對于正透鏡和負(fù)透鏡，可以采用在基片透鏡的外圍涂布聚 合物。
如圖14所示，基底800可以在其上包括基片透鏡810。該基片透鏡810和基底800 可以是同一種材料，例如，玻璃。然后，如圖15所示，聚合物材料820可以涂布在該基片透 鏡810的外圍。然后，可以利用靠模(未示出)成形該聚合物材料820。該聚合物材料820 然后被固化，以形成非球面光學(xué)器件840，包括位于中心并被復(fù)制部分825包圍的基本透鏡 810。根據(jù)圖14至16所示的實施例采用的材料可以具有不同或者相同的折射率?，F(xiàn)在，討論采用具有不同光學(xué)特性，諸如不同折射率和/或者不同阿貝數(shù)(Abbe number)的材料。采用這種材料可以實現(xiàn)許多面，而不增加基底的數(shù)量。此外，多面結(jié)構(gòu)可 以自對準(zhǔn)。另外，采用具有較高折射率差和/或者不同色散，即，阿貝數(shù)的材料，可以改善多 色調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。如圖17所示，最終光學(xué)器件940可以接合多基底光學(xué)透鏡部件，并且可以包括在 第一基底900上的透鏡單元910、912，在第二基底902上的透鏡單元914，以及在第一基底 900與第二基底902之間的聚合物材料920。聚合物材料920具有與透鏡912的折射率顯著 不同的折射率，以致可以實現(xiàn)光學(xué)性能。此外，可以利用透鏡912，成形該聚合物材料920。 因此，通過成形和面接觸，至少這兩個固化面，即，面920和面912固有地互相自對準(zhǔn)。優(yōu)選 地，利用互相面對的面上的膠合透鏡，可以使兩個基底900、902全部或者部分地接合在一 起。如圖17所示，透鏡914的材料可以與聚合物材料920的材料相同，但是實施例并不局 限于此。如圖17所示，可以利用具有不同折射率的材料實現(xiàn)具有多個透鏡面的圓片級光 學(xué)件結(jié)構(gòu)，其中兩個或者更多個透鏡面接合在一起，即，通過透鏡面接觸，并且至少一個接 合面是粘合到(各)其他面的聚合物或者可成形材料，而無需單獨的緊固材料，例如，單獨 的膠或者環(huán)氧樹脂。多基底接合的光學(xué)設(shè)計可以用于校正成像系統(tǒng)內(nèi)的色差，提供自對準(zhǔn)、 自成形、以及自粘合兩個接合面。先前以圓片級形成的多基底解決方案通常包括分離式基底。然而，根據(jù)實施例，可 以實現(xiàn)沒有氣隙或者氣隙最小的不同材料的多個透鏡面，其中當(dāng)基底是互相接觸時，至少 一個透鏡面以圓片級制造。獲得的結(jié)構(gòu)是以圓片級制造的自接合、自成形、并且自對準(zhǔn)的透 鏡部件。在此使用的透鏡“部件”意在指，沿透鏡光軸串行布置的多個成組透明塊，其相鄰 的折射面與該間隔或者全部完全接觸或者成并行間隔關(guān)系，其尺寸這樣小，以致該間隔不 進入該透鏡的計算中，該多個塊的兩個軸向盡頭的折射面至少有一部分是與可能出現(xiàn)在該 透鏡上的所有其他相鄰折射面軸向分離的。圖18和19分別示出根據(jù)實施例制造光學(xué)器件940的變型方法中的一個階段的剖 視圖。在圖17-21的每個圖中，示出單個光學(xué)器件940，但是應(yīng)當(dāng)明白，利用所描述的技術(shù)， 可以制造光學(xué)器件940的陣列。如圖18所示，第一材料，例如，聚合物或者非聚合物，的透 鏡912可以設(shè)置在第一基底900上。聚合物材料920可以設(shè)置在第二基底902上。然后， 可以使該第一基底900和第二基底902接觸，以使該透鏡912接觸聚合物材料920，因此，成 形該聚合物材料920，并使它與該透鏡912的翻轉(zhuǎn)形狀對齊。聚合物材料920可以被固化， 從而將該聚合物材料粘合到透鏡912、第一基底900、以及第二基底902上。如圖19所示，可以在該第一基底900上以圓片級產(chǎn)生或者沉積第一材料、聚合物 或者非聚合物的透鏡912。該聚合物材料920可以被涂布到第一基底900上的透鏡912的 頂部。然后，可以使第二基底902與該聚合物材料920接觸。然后，該聚合物材料920被固化，從而，將該圓片級透鏡912、第一基底900、以及第二基底902粘合在自對準(zhǔn)和自粘合透 鏡部件上。
圖20和21示出在單個基底1000上制造最終光學(xué)器件1040，即，透鏡部件1040，的 各階段的剖視圖。首先，第一材料的透鏡1012可以在基底1000上以圓片級制造。透鏡1010 還可以位于該基底1000的對側(cè)面上。具有與透鏡1012不同折射率的聚合物材料1020，可 以被涂布在基底1000上的透鏡1012的頂部。然后，如圖20所示，可以使靠模1030接觸聚 合物材料1020，從而在該聚合物材料1020的外表面上成型透鏡1025。聚合物材料1020被 固化，并去除靠模1030，這樣，將透鏡1012和透鏡1025粘合在一起，在一個基底1000上，形 成自對準(zhǔn)、自粘合透鏡部件1040。
圖22和23示出根據(jù)實施例，在不同材料上進一步互相直接延伸復(fù)制面或者二次 成型面的剖視圖。在圖22和23中，包括這種二次成型的光學(xué)器件被示為照相機系統(tǒng)的一 部分。通過在已經(jīng)成型或者產(chǎn)生的透鏡的頂部成型面，可以增加該設(shè)計中的許多曲面，而不 增多基底的數(shù)量。
傳統(tǒng)上，為了增加可用光學(xué)面的數(shù)量，現(xiàn)有設(shè)計必須增加該設(shè)計中使用的基底的 數(shù)量。例如，如果希望將兩個附加曲面插入兩個基底的四曲面設(shè)計，則必須添加附加基底， 這樣就形成六曲面的三基底設(shè)計。增加基底的數(shù)量就增加了成本，并且增加了系統(tǒng)單元的 厚度，這無助于該設(shè)計的光學(xué)功能，例如，因為基底本身的厚度。
相反，在圖22所示的特定例子中，基底1100可以包括第一材料的第一非球面 1110，它位于第二材料的第二非球面1112上，該第二非球面1112又位于該基底1100上。基 底1100的對側(cè)可以包括第一材料的第三非球面1114和第二材料的第四非球面1116。來自 該光學(xué)器件的光可以通過蓋板1150輸出到傳感器1160。作為一種選擇，盡管沒有具體示 出，基底1100可以形成覆蓋傳感器1160的蓋板。在變型方法中，基底1100可以包括集成 固定器(standoff)，用于將基底1100與傳感器1160隔開所需距離，以實現(xiàn)最佳聚焦。作為 一種選擇，可以在基底1100與傳感器1160之間設(shè)置分離的間隔層。
在圖23所示的特定例子中，該光學(xué)器件可以包括第一基底1200、第二基底1300、 以及第三基底1400。該第一基底1300可以包括位于第一面上的第一材料的第一非球面 1210，以及位于反面上的第一材料的第二非球面1212和第二材料的第三非球面1214。該 第二基底1300的第一面可以包括第二材料的第一非球面1310和第二材料的第二非球面 1312。該第二基底1300的反面可以包括第二材料的第三非球面1314和第一材料的第四非 球面1316。該第三基底1400可以包括位于第一面上的第二材料的第一非球面1410，以及 位于反面上的第一材料的第二非球面1412和第二材料的第三非球面1416。因此，不是每個 面，也不是每個基底都包括二次成型單元。來自該光學(xué)器件的光可以通過蓋板1250輸出到 傳感器1260。作為一種選擇，如上所述，該第三基底1400可以形成覆蓋傳感器1160的蓋 板。
作為特定例子，在圖22和23所示的系統(tǒng)中，該第一材料可以具有約1.519的折射 率和約50. 9的阿貝數(shù)(Abbe number)，該第二材料可以具有約1. 582的折射率和約33的阿 貝數(shù)，并且每個基底都具有約1. 526的折射率和約62. 8的阿貝數(shù)。采用不同折射率和/或 者阿貝數(shù)的材料可以改善MTF，并且可以降低該系統(tǒng)的厚度。不同的設(shè)計可以插入具有不同 光學(xué)特性的兩種以上的復(fù)制材料。此外，不同的設(shè)計還可以以與圖22和23具體所示不同的組合和在不同的基底面上布置該復(fù)制材料。
由于可利用的適當(dāng)材料，所以直接二次成型可用的折射率/阿貝數(shù)差異可能受到 限制。根據(jù)實施例，如圖M至30所示，在其兩側(cè)具有空氣或者其他低折射率材料的復(fù)制透 鏡面可用允許實現(xiàn)較高的折射率差異。這種相對于主要用作基片透鏡的空氣或者其他低折 射率材料，例如包括液體或者氣體的流體，的較高折射率差異，使得每個單元體積可以提供 更多的光學(xué)元件。此外，這種高折射率差異材料還可能具有低的阿貝數(shù)，例如，空氣具有約 1. 00003的阿貝數(shù)。
圖M示出根據(jù)實施例的兩個最終光學(xué)器件1540的剖視圖。每個最終光學(xué)器件 1540都包括位于基底1500上、其上具有聚合物材料1520的基片透鏡1510。在該實施例中， 形成基片透鏡1510和成型該聚合物材料1520同時進行。
圖25示出根據(jù)實施例的兩個最終光學(xué)器件1640的剖視圖。每個最終光學(xué)器件 1640都可以包括在基底1600上具有聚合物材料1620的基片透鏡1610 ；以及堆疊在該聚 合物材料1620上并且在其上具有另一種聚合物材料的另一個基片透鏡1612。
圖沈至30示出根據(jù)實施例制造多個光學(xué)器件1740的方法中的各階段。如圖沈 所示，兩個靠模1730、1732可以將聚合物材料1720夾在中間。靠模1730、1732可以具有不 同的表面能或者釋放力。利用不同的印章材料，或者通過在成型之前處理一種或者兩種靠 模，例如，進行等離子體輻射、附著抑制劑/促進劑等等，可以實現(xiàn)這種差異。
如圖27所示，該聚合物材料1720被固化后，具有最低表面能的靠模，在此為靠模 1732，可以從該聚合物材料1720上去除。如圖觀所示，仍與另一個靠模1730接觸的聚合 物材料1720可以設(shè)置固定機構(gòu)1750，例如，將該聚合物材料1720浸在粘合劑中或者在該聚 合物材料1720的底面碾壓、涂布或者另外分布粘合劑。
然后，如圖四所示，該聚合物材料1720可以通過固定機構(gòu)1750固定在基底1700 上。最后，如圖30所示，從該聚合物材料上去除殘余靠模1730，以形成最終光學(xué)器件1740。
如上所述，采用第二材料二次成型第一材料的基片結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點。該第一和 第二材料可以基本上匹配，或者在折射率和/或者阿貝數(shù)方面存在差異。合成的光學(xué)結(jié)構(gòu) 可以用于眾多應(yīng)用中，特別是那些具有嚴(yán)格尺寸限制例如照相機的應(yīng)用中。
應(yīng)當(dāng)明白，盡管在此使用術(shù)語“第一”和“第二”等等描述各種單元、結(jié)構(gòu)、部件、區(qū) 域、層和/或者區(qū)段，但是這些單元、結(jié)構(gòu)、部件、區(qū)域、層和/或者區(qū)段不應(yīng)當(dāng)受這些術(shù)語 的限制。這些術(shù)語僅用于將一個單元、結(jié)構(gòu)、部件、區(qū)域、層和/或者區(qū)段與另一個單元、結(jié) 構(gòu)、部件、區(qū)域、層和/或者區(qū)段區(qū)分開。因此，下面討論的第一單元、結(jié)構(gòu)、部件、區(qū)域、層或 者區(qū)段可以被稱為第二單元、結(jié)構(gòu)、部件、區(qū)域、層或者區(qū)段，而不脫離典型實施例講述的內(nèi) 容。
在此使用空間相對關(guān)系術(shù)語，諸如“之下”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等等， 是為了使描述一個單元或者特征與另一個(些)單元或者特征的關(guān)系的說明簡單，如圖所 示。應(yīng)當(dāng)明白，空間相對關(guān)系術(shù)語意在，除了附圖所示的方位，包括在使用或者工作的器件 的不同方位。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)(或者上側(cè)向下)，則被描述為位于其他單元或 者層“下面”或者“之下”的單元或者層的方位位于該其他單元或者層“上面”。因此，典型 術(shù)語“下面”可以包括上面和下面的兩個方位。該器件可以具有不同的方位(旋轉(zhuǎn)90度， 或者處于其他方位)，因此，解釋在此使用的空間相對關(guān)系描述語。
在此使用的詞語僅用于描述特定實施例，而無意限制典型實施例。在此使用的單 數(shù)形式“一個”、“該”意在還包括復(fù)數(shù)形式，除非文件中明確指出。還應(yīng)當(dāng)明白，該說明書 中使用的術(shù)語“包括”和/或者“包含”說明存在陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、單元和/或 者部件，但是不排除存在或者附加一個或者多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、單元、部件和/ 或者它們的組。
在此使用的表述“至少一個”、“一個或者多個”以及“和/或者”是開放式表述，在 操作時，它們可以同時出現(xiàn)，也可以不同時出現(xiàn)。例如，“A、B和C至少之一”、“A、B或者C 至少之一”、“A、B和C中的一個或者多個”、“A、B或者C中的一個或者多個”以及“A、B和/ 或者C”的每種表述都包括下面的意義A獨自；B獨自；C獨自；A和B 二者一起；A和C 二 者一起；B和C 二者一起；以及A、B和C全部三個一起。此外，這些表述是開放式的，除非它 們結(jié)合術(shù)語“由……組成”明確指出相反。例如，“A、B和C至少之一”的表述也可以包括第 η個成員，其中η大于3，而“從由A、B和C組成的組中選擇的至少一個”的表述則相反。
在此，參考剖視圖，描述了典型實施例，該剖視圖是典型實施例的理想實施例(和 中間結(jié)構(gòu))的原理圖。這樣，可以設(shè)想根據(jù)制造技術(shù)的典型結(jié)果所示形狀和/或者公差的 變型。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為典型實施例局限于在此所示區(qū)域的特定形狀，而是包括由制造技術(shù) 獲得的典型形狀的變型。因此，附圖所示的區(qū)域是原理性的，并且它們的形狀無意示出器件 區(qū)域的實際形狀，并且無意限制典型實施例的范圍。
除非另有說明，在此使用的全部術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)與典型實施例 所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員通常理解的意義相同。還應(yīng)當(dāng)明白，諸如通常使用的字典 中定義的術(shù)語的意義應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為符合其在現(xiàn)有技術(shù)中的意義，而不能以理想或者過分正式 的意義解釋它們，除非在此這樣明確定義。
在此公開了本發(fā)明的典型實施例，并且盡管采用了具體術(shù)語，但是僅以通用、描述 性意義使用和解釋它們，而沒有限制性意義。因此，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員明白，可 以在形式和細(xì)節(jié)方面進行各種變更，而不脫離下面的權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的實質(zhì)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件，包括基底；非平面透明結(jié)構(gòu)，位于該基底的第一面上，該非平面透明結(jié)構(gòu)由第一材料形成；以及 成型折射面，與該非平面透明結(jié)構(gòu)相鄰，位于該基底的該第一面上，該成型折射面由與 該第一材料不同的第二材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該成型折射面位于該基片透鏡的中心區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該第一材料和第二材料具有基本上相等的折 射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該成型折射面位于該基片透鏡的外圍區(qū)域上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該成型折射面直接位于該基底的該第一面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中在該第一折射面和第二折射面之間存在折射率差異。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該第一材料的折射率比該基底或者該第二材 料的折射率小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該基底由該第一材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該成型折射面包括聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該第一材料包括第一聚合物，而該第二材料 包括第二聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該基片透鏡是分立級的光學(xué)元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該非平面透明結(jié)構(gòu)是折射光學(xué)元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該非平面透明結(jié)構(gòu)是凸形光學(xué)元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該非平面透明結(jié)構(gòu)是凹形光學(xué)元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，進一步包括另一個非平面透明結(jié)構(gòu)，堆疊在該 成型折射面上；以及另一個成型折射面，堆疊在該另一個非平面透明結(jié)構(gòu)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該光學(xué)器件是非球面的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該成型折射面延伸該非平面透明結(jié)構(gòu)的有 效直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該非平面透明結(jié)構(gòu)是球面透鏡，而該光學(xué)器 件是非球面的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該非平面透明結(jié)構(gòu)和該成型折射面至少之 一以圓片級形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中該第一材料是玻璃，而該第二材料包括聚合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中多個光學(xué)器件形成在圓片上。
22.一種制造多個光學(xué)器件的方法，包括 在基底的第一面上，設(shè)置多個非平面透明結(jié)構(gòu)，該基片透鏡由第一材料形成；以及 在基底的第一面上，與該多個非平面透明結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)非平面透明結(jié)構(gòu)相鄰，設(shè)置多個成型折射面，該成型折射面是與該第一材料不同的第二材料，每個光學(xué)器件都包括至少 一個非平面透明結(jié)構(gòu)和至少一個成型折射面。
全文摘要
一種光學(xué)器件包括基底；非平面透明結(jié)構(gòu)，位于該基底的第一面上，該非平面透明結(jié)構(gòu)由第一材料形成；以及成型折射面，與該非平面透明結(jié)構(gòu)相鄰，位于該基底的第一面上。
文檔編號B29D11/00GK102037383SQ200980118653
公開日2011年4月27日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者R·黃, 杰克·施密特, 杰里米·赫德爾斯頓, 羅伯特·D·泰科斯特, 艾倫·凱瑟曼, 詹姆斯·卡里爾, 邁克爾·費爾德曼, 邁克爾·馬貢, 韓洪濤 申請人:德薩拉北美公司