專利名稱：用于圖像傳感器的集成透鏡系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域，且特別涉及一種用于圖像傳感器的集成透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包括半導(dǎo)體電路小片在內(nèi)的集成電路，例如電荷耦合裝置(CCD)及互補(bǔ)型金屬氧 化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器，其已普遍用于光成像的應(yīng)用。此類傳感器在單芯片上的 像素陣列中通常含有數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素單元。像素單元將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述電信
號(hào)接著可由電氣裝置存儲(chǔ)及再調(diào)用，所述電氣裝置例如為處理器。
半導(dǎo)體電路小片通常被封裝且插入到如(例如)數(shù)碼相機(jī)等成像裝置中。圖l是以 分解透視圖說(shuō)明常規(guī)的圖像傳感器模塊2。模塊2包括半導(dǎo)體電路小片4，其設(shè)置于緩 沖層6上且具有一系列墊塊連接件8，所述墊塊連接件的位置鄰近于半導(dǎo)體電路小片4 的頂表面的四個(gè)邊緣。半導(dǎo)體電路小片4包括像素陣列5。導(dǎo)電膜IO將撓曲帶12連接 到電路小片4與連接件8。撓曲帶12包括用于聯(lián)結(jié)至連接件14的電氣跡線，且具有供 光行進(jìn)通過(guò)到所述像素陣列的開口 16。加強(qiáng)層18提供對(duì)模塊2的額外支撐?？商峁┘t 外線(IR)濾光片20，其在所述像素陣列與透鏡組合件22之間的光學(xué)路徑中對(duì)準(zhǔn)，且 粘接于撓曲帶12上。透鏡組合件22包括用于支撐透鏡筒26的殼體24，透鏡筒26容納 一透鏡系統(tǒng)，用于將光聚焦到所述像素陣列上。透鏡系統(tǒng)在透鏡筒26內(nèi)對(duì)準(zhǔn)且固定在 與半導(dǎo)體電路小片4上的所述像素陣列表面相隔一聚焦距離處，以提供清晰的圖像。
為了增加像素對(duì)照明的響應(yīng)，微透鏡陣列32可放置于像素陣列5的每個(gè)光敏性像 素單元28上方，如圖2A及2B中的成像器50所示。微透鏡32用于將電磁輻射聚焦到 光轉(zhuǎn)換裝置上，例如像素單元28的光電二極管。陣列中的微透鏡32的中心可以與對(duì)應(yīng) 像素28的中心對(duì)準(zhǔn)，或從對(duì)應(yīng)像素28的中心移離，以將光傳感器上的直射光遮蔽且適 應(yīng)于主入射光角度。此角度通常特征在于光學(xué)系統(tǒng)的主射線角度(CRA)，且取決于像 素相對(duì)于所述模塊的光學(xué)中心的位置。
隨著基于半導(dǎo)體的圖像傳感器被用在更小及/或移動(dòng)應(yīng)用上，例如數(shù)碼相機(jī)及蜂窩電 話，所需的傳感器像素尺寸被縮小到小于3 pm的尺寸。此尺寸縮小使成像透鏡在透鏡 筒26內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)確度及尺寸穩(wěn)定性上的要求更嚴(yán)苛。通常，透鏡的聚焦平面不應(yīng)移離 聚焦位置超過(guò)士IO nm。通常用在當(dāng)前透鏡組合件中的塑料透鏡及底座會(huì)依據(jù)溫度而顯
示出折射率與機(jī)械性尺寸的強(qiáng)烈變化，因此當(dāng)使用塑料透鏡時(shí)所需的少量焦點(diǎn)位移難以
維持。玻璃透鏡提供高得多的穩(wěn)定度，但是成本也高得多。制造玻璃透鏡的已知方法的
高成本使玻璃透鏡在移動(dòng)式圖像傳感器內(nèi)的實(shí)施代價(jià)太高。因此，需要尋求替代性的低 成本解決方式以制成穩(wěn)定的玻璃成像透鏡系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于數(shù)字式成像器的低成本玻璃成像透鏡系統(tǒng)。
本發(fā)明的示范性實(shí)施例提供一種透鏡系統(tǒng)，其包括第一實(shí)質(zhì)呈半球形透鏡、第二球 形透鏡及第三實(shí)質(zhì)呈半球形透鏡。所述透鏡由接合材料接合在一起，所述接合材料例如 是環(huán)氧樹脂，且所述接合材料也可包括光吸收性染料。本發(fā)明還涉及一種使用玻璃制成 所述透鏡系統(tǒng)的低成本方法。


本發(fā)明的上述特性可以從以下詳細(xì)說(shuō)明中更清楚地了解，詳細(xì)說(shuō)明備有對(duì)附圖的參考。
圖1描繪現(xiàn)有技術(shù)的典型半導(dǎo)體圖像傳感器模塊。 圖2A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有微透鏡陣列的成像器的側(cè)視橫截面圖。 圖2B是圖2A的微透鏡陣列的俯視圖。 圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)。 圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)。 圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的第三示范性實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)。 圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的第四示范性實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)。 圖7是本發(fā)明的第一及第二示范性實(shí)施例的制造步驟的流程圖。 圖8是圖7的流程圖的延續(xù)，其展示本發(fā)明的第三及第四示范性實(shí)施例的額外制造 步驟。
圖9說(shuō)明CMOS圖像傳感器，其可與本發(fā)明的實(shí)施例配合使用。
圖io是具有成像裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的說(shuō)明，所述成像裝置具有根據(jù)本發(fā)明任意實(shí)
施例的透鏡系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
在以下的詳細(xì)說(shuō)明中，請(qǐng)參看附圖，其構(gòu)成所述說(shuō)明的一部分且通過(guò)說(shuō)明而展示本 發(fā)明可實(shí)踐的特定實(shí)施例。充分詳盡地說(shuō)明這些實(shí)施例以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)?踐本發(fā)明，且應(yīng)了解也可使用其它實(shí)施例，且在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下可
做出變化。所述處理步驟的進(jìn)行是本發(fā)明實(shí)施例的示范；然而步驟的順序并不限于本文 所述的順序，并且可如此項(xiàng)技術(shù)中已知的一樣而變化，但是必須按照某一順序發(fā)生的步 驟除外。
本發(fā)明涉及一種用于成像器的玻璃透鏡系統(tǒng)及所述透鏡系統(tǒng)的低成本制造方法。多 元件式玻璃透鏡系統(tǒng)為數(shù)字式成像器的理想解決方式。玻璃透鏡比塑料透鏡維持更好的 表面質(zhì)量，且其不會(huì)發(fā)生鈹縮。然而，玻璃透鏡系統(tǒng)的常規(guī)制造方法可能很昂貴且可能 使得在數(shù)字式成像器中使用這些透鏡系統(tǒng)成本過(guò)高。
如同下文將詳細(xì)描述的，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)包含三到五個(gè)并排的玻璃元件，其間沒 有氣隙且以接合材料接合在一起。盡管所述透鏡元件稱為由"玻璃"制成，但其也可由任 意其它透明材料制成，例如石英、金紅石、藍(lán)寶石、熔融硅石、或此項(xiàng)技術(shù)中已知的其 它類似材料。所述接合材料在本文中稱為"環(huán)氧樹脂"，但是所述材料也可以是熱塑性塑 料、凝膠、或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任意其它合適的接合材料。
圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)100a的橫截面圖。由低折射 率玻璃(例如冕玻璃)制成的中央球形透鏡101由較高折射率的環(huán)氧樹脂104、 105圍 繞。環(huán)氧樹脂104、 105是圍繞球形透鏡101的環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂104、 105依次定位 于兩個(gè)由高折射率玻璃制成的半球形透鏡102、 103之間。后方的半球形透鏡103由重 燧石制成，其用作場(chǎng)致平器(field flattener)且將最大主射線角度(CRA)限制到可接 受程度，其中CRA決定來(lái)自所述成像器的圖像尺寸(相較于物體的實(shí)際尺寸)。平坦玻 璃板覆蓋玻璃106定位于圖像傳感器108上方，且在覆蓋玻璃106與圖像傳感器108表 面之間有氣隙107。氣隙107在處理期間由并入圖像傳感器108的柱109維持。氣隙107 容許在透鏡系統(tǒng)100a組合后作焦點(diǎn)調(diào)整，同時(shí)提供所需的空氣界面以用于微透鏡32(圖 2B)在圖像傳感器108表面上正確操作。焦點(diǎn)調(diào)整可通過(guò)將柱109的長(zhǎng)度削到所需長(zhǎng)度 而實(shí)現(xiàn)。
高光學(xué)分辨率可以通過(guò)選擇透鏡系統(tǒng)100a所用玻璃與環(huán)氧樹脂材料的適當(dāng)組合而 實(shí)現(xiàn)。玻璃與環(huán)氧樹脂元件的折射率差異容許光學(xué)系統(tǒng)有一廣視場(chǎng)，而散射差異則容許 色像差的適當(dāng)校正。透鏡系統(tǒng)100a的高分辨率也可通過(guò)將透鏡系統(tǒng)100a內(nèi)的每個(gè)透鏡 的操作光譜范圍限制為三原色的其中一者而實(shí)現(xiàn)。在溫度、壓力及濕度變化下所需的長(zhǎng) 時(shí)間光學(xué)性能穩(wěn)定性是通過(guò)僅選擇環(huán)境穩(wěn)定性玻璃、金屬及陶瓷材料而實(shí)現(xiàn)。
如圖4所示，透鏡系統(tǒng)100a'的第二實(shí)施例提供切趾光學(xué)止動(dòng)件111。切趾光學(xué)止動(dòng) 件111為透鏡系統(tǒng)100a'提供小于透鏡系統(tǒng)100a中的鏡徑的鏡徑110。這可通過(guò)當(dāng)環(huán)氧 樹脂注入時(shí)將適量的光吸收性染料與環(huán)氧樹脂104'、 105'中的一者或兩者組合而實(shí)現(xiàn)。
透鏡系統(tǒng)100a'的鏡徑110因含有光吸收性染料而減小(相較于透鏡系統(tǒng)lOOa)。圖4說(shuō) 明透鏡系統(tǒng)100a'，且環(huán)氧樹脂104'與環(huán)氧樹脂105'兩者上均有染料，然而如上所述，如 果有需要，那么染料可以僅注入于環(huán)氧樹脂104'或105'其中一者內(nèi)。
本發(fā)明的第三實(shí)施例展示于圖5中且其包括五個(gè)玻璃元件，如透鏡101、 102、 103、 112、 113。除了第一實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)100a的結(jié)構(gòu)(圖3)，第三實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)100b 具有由環(huán)形環(huán)氧樹脂114、 115圍繞的額外球形透鏡112及半球形透鏡113。如圖6所示， 透鏡系統(tǒng)100b'的第四實(shí)施例的環(huán)氧樹脂104'、 105'、 114'、 115'中的任意一者或一者以 上也可與光吸收性染料組合，以產(chǎn)生切趾光學(xué)止動(dòng)件116，其與第二實(shí)施例100a'(如圖 4)中的類似。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)可提供具有以下所需特征的透鏡系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)具 有10°-65°的對(duì)角線視場(chǎng)(FOV)，涵蓋成像應(yīng)用的范圍；各個(gè)透鏡的成像區(qū)尺寸對(duì)應(yīng)于 1/4"或更小的格式；透鏡分辨率在每毫米200條線時(shí)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)40%模量傳輸函數(shù) (MTF);光學(xué)性設(shè)計(jì)與高準(zhǔn)確度制造過(guò)程相容，且在可變的環(huán)境條件下具有良好穩(wěn)定性； 光學(xué)性設(shè)計(jì)通過(guò)并入透鏡的背面與成像平面之間的氣隙而允許焦點(diǎn)調(diào)整；以及所述透鏡 的最大主射線角度(CRA)被限制在大約30度以下。
如下文所詳述的，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的制造方法成本低且精確。本發(fā)明的設(shè)計(jì)僅并 入了球形透鏡(球形玻璃元件)及部分研磨的球形透鏡，所述透鏡可用高精確度來(lái)制造。 本發(fā)明透鏡系統(tǒng)的制造工藝流程說(shuō)明于圖7及8中。
在步驟S1中以常規(guī)精確度的低成本玻璃球制造工藝制成(具有例如lpm公差)球 形玻璃制的球形透鏡。這些玻璃球透鏡可以用作本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例的球形透鏡101、 112。在步驟S2中，當(dāng)通過(guò)化學(xué)機(jī)械性拋光(CMP)工藝或類似工藝而研磨及拋光到預(yù) 定厚度時(shí)，這些球形玻璃制的球形透鏡也可用于制成半球形透鏡。應(yīng)了解的是被用作球 形透鏡101、 112的球形玻璃制球形透鏡可由不同于步驟S2中用來(lái)制成所述半球形透鏡 的那些球形玻璃制球形透鏡的材料類型制成。這些半球形透鏡被用作本發(fā)明各項(xiàng)實(shí)施例 的透鏡102、 103、 113。半球形透鏡102、 103、 113的厚度有助于決定所述透鏡系統(tǒng)各 項(xiàng)實(shí)施例的焦點(diǎn)。
本發(fā)明的成像透鏡系統(tǒng)100a、 100a'、 100b、 100b'是為了容易對(duì)準(zhǔn)及無(wú)焦點(diǎn)組合件 而設(shè)計(jì)。在步驟S3，高精確度拋光覆蓋玻璃106放置于圖像傳感器108的表面上方的精 確高度處，這是通過(guò)在所述傳感器的制造期間將其放置于并入在硅中的參考柱109上而 實(shí)現(xiàn)。在步驟S4，對(duì)照覆蓋玻璃106來(lái)參考半球形透鏡103的平坦表面，如圖3、 4、 5、
或6中可看出。中央球形透鏡101有完整的球形對(duì)稱，從而在步驟S5處當(dāng)其放置于兩
個(gè)半球形透鏡102、 103之間時(shí)不需要角度對(duì)準(zhǔn)。在步驟S6，鄰近于中央球形透鏡101 而提供第二半球形透鏡102。在步驟S7，環(huán)氧樹脂104、 105隨后注入透鏡101、 102、 103周圍以固定透鏡系統(tǒng)100a。環(huán)氧樹脂104、 105在選擇特定環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上為透 鏡系統(tǒng)100a提供正確折射率。環(huán)氧樹脂104、 105可以是紫外線(UV)或溫度固化的。 視需要，環(huán)氧樹脂104、 105可包括光吸收性染料。
或者，可以制造與像素陣列相對(duì)應(yīng)的透鏡系統(tǒng)陣列。在此情況下，球形玻璃制的球 形透鏡陣列可以在步驟S2中安裝于陣列固持件結(jié)構(gòu)內(nèi)，以進(jìn)行研磨及拋光，使所得的 半球形透鏡在拋光后具有共線的平面形表面。在步驟S4，鄰近于所述覆蓋玻璃表面而提 供半球形透鏡103的陣列。在步驟S6，半球形透鏡102的整個(gè)陣列固持件結(jié)構(gòu)可以通過(guò) 將來(lái)自所述覆蓋玻璃表面的準(zhǔn)確間隙參考于所述控制柱而立即對(duì)齊。步驟Sl、 S3、 S5 和S7的其余部分按上述方式完成。
圖7的制造流程工藝的所得結(jié)構(gòu)為本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例100a (如圖3)。視 需要，在環(huán)氧樹脂104、 105的注入期間，如果有需要，所述光吸收性染料可與環(huán)氧樹 脂104'、 105'組合，以產(chǎn)生第二實(shí)施例100a'的切趾光學(xué)止動(dòng)件111 (如圖4)。
圖8說(shuō)明將制成具有五個(gè)透鏡的透鏡系統(tǒng)100b所需的額外制造步驟。在步驟S8， 鄰近于半球形透鏡102而提供額外的球形透鏡112。在步驟S9，鄰近于球形透鏡112而 提供半球形透鏡113。在步驟SIO，透鏡112、 113由注入的環(huán)氧樹脂114、 115圍繞，以 產(chǎn)生透鏡系統(tǒng)100b (如圖5)。視需要，透鏡系統(tǒng)100b'(圖6)可以通過(guò)環(huán)氧樹脂114' 和115'內(nèi)含有光吸收性染料而產(chǎn)生。
圖9說(shuō)明示范性CMOS成像器1100，其可與將圖像聚焦于像素陣列1105上的本發(fā) 明的透鏡組合件一起使用。CMOS成像器1100像素陣列1105可以對(duì)應(yīng)于圖1的半導(dǎo)體 電路小片4上所包括的像素陣列5。所述CMOS像素陣列電路是常規(guī)的且本文內(nèi)僅簡(jiǎn)要 描述。陣列1105的行線是響應(yīng)于行地址解碼器1120而由行驅(qū)動(dòng)器lllO選擇性地激活。 列驅(qū)動(dòng)器1160及列地址解碼器1170也包括在成像器1100內(nèi)。成像器1100由計(jì)時(shí)控制 電路1150操作，計(jì)時(shí)控制電路1150控制地址解碼器1120、 1170及行驅(qū)動(dòng)器1110。
與列驅(qū)動(dòng)器1160相關(guān)聯(lián)的取樣保持電路1161讀取像素重設(shè)信號(hào)Vrst及像素圖像信 號(hào)Vsig，以用于選定的像素。差異信號(hào)(Vrst-Vsig)由差動(dòng)放大器1162放大以用于每 個(gè)像素，且由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器1175 (ADC)數(shù)字化。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器1175將數(shù)字化 的像素信號(hào)供應(yīng)到用于形成且輸出數(shù)字圖像的圖像處理器1180。
圖10展示系統(tǒng)440，其是包括本發(fā)明的成像裝置450(如圖9所說(shuō)明的成像裝置1100)
的典型處理器系統(tǒng)。處理器系統(tǒng)440為可包括圖像傳感器裝置的具有數(shù)字電路的系統(tǒng)的
示范。此系統(tǒng)可包括但不限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、照相機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)器視覺、車輛導(dǎo)航、 視頻電話、監(jiān)視系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)、天體跟蹤器系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng) 及采用成像器的其它系統(tǒng)。
系統(tǒng)440 (例如照相機(jī)系統(tǒng))大體上包含中央處理單元(CPU) 444，例如微處理器， 其通過(guò)總線452而與輸入/輸出(I/O)裝置446通信。系統(tǒng)440包括成像裝置450，其具 有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)。成像裝置450也通過(guò)總線452與系統(tǒng)440通信。
處理器系統(tǒng)440還包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 448，且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情況下可 包括外圍裝置，例如軟盤驅(qū)動(dòng)器454、壓縮光盤(CD) ROM驅(qū)動(dòng)器456或快閃存儲(chǔ)器 458，其也通過(guò)總線452與CPU444通信。軟盤驅(qū)動(dòng)器454、 CDROM驅(qū)動(dòng)器456或快閃 存儲(chǔ)器458存儲(chǔ)由成像裝置450捕捉到的圖像。成像裝置450被構(gòu)造成為具有或不具有 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置的集成電路，且其包括本發(fā)明的成像器透鏡系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)可放置于圖1的圖像傳感器模塊2的透鏡筒26內(nèi)，以取 代常規(guī)透鏡系統(tǒng)。
由本文中所述的實(shí)施例可看出，本發(fā)明涵蓋用于數(shù)字式成像器(如CMOS成像器或 CCD成像器)的成像器透鏡系統(tǒng)。
上述說(shuō)明及圖式應(yīng)僅被視為對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明特性及優(yōu)點(diǎn)的示范性實(shí)施例的說(shuō)明。盡管 本發(fā)明的示范性實(shí)施例已在本文中描述及說(shuō)明，但在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況 下，可做出許多修改甚至是材料的替換。因此，上述說(shuō)明及附圖僅為對(duì)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明特 性及優(yōu)點(diǎn)的示范性實(shí)施例的說(shuō)明。并不希望將本發(fā)明局限于本文中所展示及詳細(xì)說(shuō)明的 實(shí)施例。本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求書的范圍所限制。
權(quán)利要求
1. 一種透鏡系統(tǒng)，包含第一透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；第二透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形；第三透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；以及第一支撐結(jié)構(gòu)，其將所述第二透鏡的一部分支撐在所述第一透鏡的所述凸形表面，以及將所述第二透鏡的另一部分支撐在所述第三透鏡的所述平面形表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透鏡系統(tǒng)，進(jìn)一步包含第四透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形；第五透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；以及第二支撐結(jié)構(gòu)，其將所述第四透鏡的一部分支撐在所述第三的所述凸形表面，以 及將所述第四透鏡的另一部分支撐在所述第五透鏡的所述平面形表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是第一接合材料，其環(huán)狀地形 成于所述第二透鏡周圍，所述第一接合材料形成于第一段與第二段內(nèi)，所述第一段 與所述第二段不同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是第二接合材料，其環(huán)狀地形 成于所述第四透鏡周圍，所述第二接合材料形成于第三段與第四段內(nèi)，所述第三段 與所述第四段不同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，進(jìn)一步包含平板光學(xué)元件，所述平板光學(xué)元件耦 合到所述第一透鏡的所述實(shí)質(zhì)呈平面形表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述平板元件是數(shù)字式成像器裝置的覆蓋玻 璃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡是球形透鏡且所述第二透鏡的 折射率小于所述第一接合材料的折射率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡包含冕玻璃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡實(shí)質(zhì)呈半球形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡包含一材料，所述材料的折射 率大于所述第二透鏡的折射率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的透鏡系統(tǒng)，其中構(gòu)成所述第一透鏡的所述材料包含玻璃、 石英、金紅石、藍(lán)寶石及熔融硅石中的至少一者。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第三透鏡實(shí)質(zhì)呈半球形。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第三透鏡包含一材料，所述材料的折射率大于所述第二透鏡的折射率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的透鏡系統(tǒng)，其中構(gòu)成所述第三透鏡的所述材料包含玻璃、 石英、金紅石、藍(lán)寶石及熔融硅石中的至少一者。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡包含重燧石且用作場(chǎng)致平器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一接合材料是環(huán)氧樹脂。
17. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一接合材料包含所述第一接合材料的 所述第一段與所述第二段中的至少一者內(nèi)的光吸收性染料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第一接合材料包含所述第一接合材料 的所述第一段與所述第二段兩者內(nèi)的光吸收性染料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡是球形透鏡且所述第四透鏡的 折射率小于所述第二接合材料的折射率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡包含冕玻璃。
21. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第五透鏡實(shí)質(zhì)呈半球形。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第五透鏡包含一材料，所述材料的折 射率大于所述第四透鏡的折射率。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的透鏡系統(tǒng)，其中構(gòu)成所述第五透鏡的所述材料包含玻璃、 石英、金紅石、藍(lán)寶石及熔融硅石中的至少一者。
24. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第二接合材料是環(huán)氧樹脂。
25. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第二接合材料包含所述第二接合材料的 所述第三段與所述第四段的至少一者內(nèi)的光吸收性染料。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述第二接合材料包含所述第二接合材料 的所述第三段與所述第四段兩者內(nèi)的光吸收性染料。
27. —種成像器系統(tǒng)，包含第一透鏡，其包含凸形表面及與數(shù)字式成像器裝置的覆蓋玻璃耦合的實(shí)質(zhì)呈平面 形表面，所述第一透鏡具有第一折射率；第二透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形，其一部分與所述第一透鏡的所述凸形表面耦合， 所述第二透鏡是冕玻璃球形透鏡且具有第二折射率；第三透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面，所述第三透鏡的所述實(shí)質(zhì)呈平 面形表面與所述第二透鏡的另一部分耦合，所述第三透鏡具有第三折射率，其中所 述第二折射率小于所述第一及第三折射率；支撐結(jié)構(gòu)，其用于將所述第一、第二及第三透鏡耦合；以及成像器，其通過(guò)所述成像器透鏡系統(tǒng)捕捉圖像，其中所述成像器透鏡系統(tǒng)包含所 述第一、第二及第三透鏡。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像器系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是接合材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像器系統(tǒng)，其中所述成像器透鏡系統(tǒng)進(jìn)一步包含第四透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形，其一部分與所述第三透鏡的所述凸形表面耦合， 所述第四透鏡是冕玻璃球形透鏡；以及第五透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面，所述第五透鏡的所述實(shí)質(zhì)呈平 面形表面與所述第四透鏡的另一部分耦合，且其中所述支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)一步用于將所述 第三、第四及第五透鏡耦合。
30. —種成像器系統(tǒng)，包含數(shù)字式圖像捕捉裝置，其包含傳感器表面，所述傳感器表面具有與多個(gè)光傳感器 相關(guān)聯(lián)的多個(gè)微透鏡；以及 透鏡系統(tǒng)，其包含第一透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；第二透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形；第三透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；以及支撐結(jié)構(gòu)，其將所述第二透鏡的一部分支撐在所述第一透鏡的所述凸形表面， 以及將所述第二透鏡的另一部分支撐在所述第三透鏡的所述平面形表面； 其中所述數(shù)字式圖像捕捉裝置及所述透鏡系統(tǒng)與其間的空氣層光學(xué)性對(duì)準(zhǔn)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的成像器系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是第一接合材料，所述第 一接合材料環(huán)狀地形成于所述第二透鏡周圍，所述第一接合材料形成于第一段與第 二段內(nèi)，所述第一段與所述第二段不同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的成像器系統(tǒng)，其中所述透鏡系統(tǒng)進(jìn)一步包含第四透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形；第五透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；以及第二支撐結(jié)構(gòu)，其將所述第四透鏡的一部分支撐在所述第三透鏡的所述凸形表 面，以及將所述第四透鏡的另一部分支撐在所述第五透鏡的所述平面形表面。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的成像器系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是第二接合材料，所述第 二接合材料環(huán)狀地形成于所述第四透鏡周圍，所述第二接合材料形成于第三段與第四段內(nèi)，所述第三段與所述第四段不同。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第二透鏡是球形透鏡且所述第二透鏡的折射率小于所述第一接合材料的折射率。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第一透鏡實(shí)質(zhì)呈半球形且包含一材 料，所述材料的折射率大于所述第二透鏡的折射率。
36. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第三透鏡實(shí)質(zhì)呈半球形且包含一材 料，所述材料的折射率大于所述第二透鏡的折射率。
37. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第一透鏡包含重燧石且用作場(chǎng)致平 器。
38. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第一接合材料是環(huán)氧樹脂。
39. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第一接合材料包含所述第一接合材 料的所述第一段與所述第二段的至少一者內(nèi)的光吸收性染料。
40. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的成像器系統(tǒng)，其中所述第二接合材料包含所述第二接合材 料的所述第三段與所述第四段的至少一者內(nèi)的光吸收性染料。
41. 一種圖像捕捉模塊，包含半導(dǎo)體電路小片；像素陣列，其包括在所述半導(dǎo)體電路小片上，用于捕捉圖像；以及 透鏡系統(tǒng)，成像器透過(guò)其觀看圖像，所述透鏡系統(tǒng)與所述像素陣列呈光學(xué)性對(duì)準(zhǔn) 且包含第一透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面； 第二透鏡，其形狀實(shí)質(zhì)呈球形；第三透鏡，其包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平面形表面；以及第一接合材料，其將所述第二透鏡的一部分接合在所述第一透鏡的所述凸形表 面，以及將所述第二透鏡的另一部分接合在所述第三透鏡的所述平面形表面，其 中所述第一接合材料圍繞所述第二透鏡。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的圖像捕捉模塊，進(jìn)一步包含-透鏡組合件，其包含殼體，所述殼體支撐容納所述透鏡系統(tǒng)的透鏡筒。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的圖像捕捉模塊，進(jìn)一步包含墊塊連接件，其位置鄰近于所述半導(dǎo)體電路小片的頂表面的邊緣； 導(dǎo)電膜，其鄰近于所述墊塊連接件；撓曲帶，其鄰近于所述導(dǎo)電膜，所述撓曲帶包括電氣性跡線及供光可行進(jìn)通過(guò)到 所述像素陣列的開口；以及連接件，其鄰近于且電氣連接于所述撓曲帶。
44. 一種生產(chǎn)成像器透鏡系統(tǒng)的方法，包含鄰近于成像器表面提供覆蓋玻璃；鄰近于所述覆蓋玻璃提供第一透鏡，其中所述第一透鏡包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平 面形表面；鄰近于所述第一透鏡提供第二透鏡，其中所述第二透鏡形狀實(shí)質(zhì)呈球形，且其中 所述第一透鏡的所述凸形表面耦合到所述第二透鏡的一部分；鄰近于所述第二透鏡提供第三透鏡，其中所述第三透鏡包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平 面形表面，且其中所述第三透鏡的所述平面形表面耦合到所述第二透鏡的另一部 分；以及將所述第一、二及第三透鏡耦合在一起。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，進(jìn)一步包含將第一接合材料注入所述第一、第二及 第三透鏡周圍以接合所述透鏡，同時(shí)維持通過(guò)所述第一、第二及第三透鏡的光學(xué)路 徑。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，進(jìn)一步包含鄰近于所述第三透鏡提供第四透鏡，其中所述第四透鏡形狀實(shí)質(zhì)呈球形，且其中 所述第三透鏡的所述凸形表面耦合到所述第四透鏡的一部分；鄰近于所述第四透鏡提供第五透鏡，其中所述第五透鏡包含凸形表面及實(shí)質(zhì)呈平 面形表面，且其中所述第五透鏡的所述平面形表面耦合到所述第四透鏡的另一部 分；以及將所述第三、第四及第五透鏡耦合在一起。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，進(jìn)一步包含將第二接合材料注入所述第三、第四及 第五透鏡周圍以接合所述透鏡，同時(shí)維持通過(guò)所述第一、第二、第三、第四及第五 透鏡的光學(xué)路徑。
48. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中通過(guò)被并入所述成像器表面的預(yù)定距離的柱而 將所述覆蓋玻璃提供在與所述成像器表面相隔預(yù)定距離處。
49. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述第一透鏡的所述實(shí)質(zhì)平面形表面與所述覆蓋玻璃稱合o
50. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一接合材料是環(huán)氧樹脂。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述環(huán)氧樹脂是紫外線固化的。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述環(huán)氧樹脂是溫度固化的。
53. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一接合材料包含光吸收性染料。
54. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述第二接合材料是環(huán)氧樹脂。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述環(huán)氧樹脂是紫外線固化的。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中所述環(huán)氧樹脂是溫度固化的。
57. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述第二接合材料包含光吸收性染料。
58. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中由玻璃球形透鏡制造工藝提供所述第二透鏡。
59. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述第一及第三透鏡由在一個(gè)側(cè)面上研磨及拋 光到預(yù)定厚度的球形透鏡提供。
60. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中通過(guò)化學(xué)機(jī)械性拋光工藝進(jìn)行所述研磨及拋光。
61. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中將多個(gè)球形透鏡放置在陣列固持件內(nèi)，以容許 同時(shí)研磨及拋光所述多個(gè)球形透鏡。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中將固持所述多個(gè)球形透鏡的所述陣列固持件放 置在大型板之間，且將其同時(shí)研磨及拋光到所述預(yù)定厚度。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中用安裝在所述板之間的柱及終點(diǎn)檢測(cè)器來(lái)控制 所述透鏡的所述預(yù)定厚度。
全文摘要
一種透鏡系統(tǒng)(100a)包括第一實(shí)質(zhì)呈半球形透鏡(103)、第二球形透鏡(101)及第三實(shí)質(zhì)呈半球形透鏡(102)。所述透鏡由接合材料(104、105)接合在一起，所述接合材料例如是環(huán)氧樹脂，且所述接合材料也可包括光吸收性染料。本發(fā)明還涉及一種以玻璃制出所述透鏡系統(tǒng)的低成本方法，其使用低成本的玻璃球透鏡以產(chǎn)生半球形透鏡。
文檔編號(hào)H04N5/369GK101379417SQ200780004775
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者德米特里·巴金 申請(qǐng)人:美光科技公司