TW201516515A

TW201516515A - 透鏡陣列模組及用於製造其之晶圓級技術

Info

Publication number: TW201516515A
Application number: TW103134095A
Authority: TW
Inventors: Markus Rossi
Original assignee: Heptagon Micro Optics Pte Ltd
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-05-01
Also published as: US20160252734A1; US9880391B2; WO2015050499A1

Abstract

本發明揭示一種透鏡模組，其包含：一基板；一第一被動光學元件陣列，其在該基板上；及一第二被動光學元件陣列，其與該第一陣列分離。該第一陣列之該等光學元件及該第二陣列之該等光學元件形成多個光學通道，其中至少一光學通道係包含一反射式光學元件及一折射式光學元件之一折射反射式(catadioptric)光學通道。該反射式光學元件經配置以反射光朝向該折射式光學元件，各光學通道具有一對應視場，且該透鏡模組具有由該複數個光學通道之該視場所對的角度範圍界定之一總視場。

Description

透鏡陣列模組及用於製造其之晶圓級技術

本發明係關於透鏡陣列模組及用於製造其之晶圓級技術。

精巧的數位相機可整合至諸如行動電話及膝上型電腦之各種類型的消費性電子器件及其他裝置中。在此等相機中，透鏡陣列可用以將由一照相物鏡成像於一光偵測器平面上之光聚集至更小區域中以容許較多入射光落於光偵測器陣列之光敏區域上且較少入射光落於像素之間的不敏感區域上。透鏡可在形成為一光敏陣列之光偵測器之子群組上方居中。對於許多應用，期望達成一寬廣的視場以及良好的深度資訊。

在一第一態樣中，本發明之標的可體現於一透鏡模組中，該透鏡模組包含：一基板；一第一被動光學元件陣列，其在該基板上；及一第二被動光學元件陣列，其與該第一陣列分離。該第一陣列之該等光學元件及該第二陣列之該等光學元件形成多個光學通道，其中至少一光學通道係包含一反射式光學元件及一折射式光學元件之一折射反射式光學通道。該反射式光學元件經配置以反射光朝向該折射式光學元件，各光學通道具有一對應視場，且該透鏡模組具有由該複數個光學通道之視場所對的角度範圍界定之一總視場。

該透鏡模組可具有以下特徵之一或多者。例如，在一些實施方案中，各光學通道之視場小於總視場。

在一些實施方案中，總視場不大於約184度。

在一些例項中，折射反射式光學通道之視場不大於約90度。第一陣列中之一或多個額外光學通道之視場可不大於約60度。

在某些實施方案中，反射式光學元件係來自第一陣列之一被動光學元件，且折射式光學元件係來自第二陣列之一被動光學元件。

在一些情況中，第一陣列中之各被動光學元件經組態以重新引導入射光通過基板而至與第一側相對之基板之一第二側。

在一些實施方案中，第二被動光學元件陣列配置於基板之第二側上，且第一透鏡陣列中之各被動光學元件經組態以將入射光重新引導至該第二陣列之一對應被動光學元件。基板可包含對光具透射性的多個區域，其中各區域對準於一對應光學通道之一第一光學元件與一第二光學元件之間。至少一透射區域可包含容許一指定波長或波長範圍通過之一濾光片。該濾光片可容許透射對應於紅外光、藍光、紅光或綠光之波長。基板可包含使該等透射區域與彼此分離之多個阻擋部分，其中該等阻擋部分對該入射光之波長實質上不透明。

在一些實施方案中，反射式光學元件之至少一部分包含一反射薄膜。該反射薄膜可包含一金屬薄膜。該反射薄膜可包含一介電堆疊。

在一些例項中，反射式光學元件之一形狀呈部分非球狀、部分球狀或部分圓柱狀。反射式光學元件可具有至少約0.5mm之一曲率半徑。

在一些實施方案中，反射式光學元件之一直徑大於約250微米且小於約7.5mm。反射式光學元件之直徑可大於約500微米且小於約5mm。

在某些實施方案中，反射式光學元件經組態以藉由全內反射將光重新引導至折射式光學元件。

在一些例項中，反射式光學元件係一稜鏡。

在另一態樣中，本發明之標的可體現於一陣列相機模組中，該陣列相機模組包含：一基底層，其包含該基底層之一表面上之一光偵測元件陣列，其中各光偵測元件經組態以偵測一指定波長或波長範圍；及一透鏡模組，其包含：一基板；一第一被動光學元件陣列，其配置於該基板之一第一側上；及一第二被動光學元件陣列，其與該第一陣列分離，其中該第一陣列之光學元件及該第二陣列之光學元件形成多個光學通道，各光學通道具有一對應視場。至少一光學通道係包含一反射式光學元件及一折射式光學元件之一折射反射式光學通道，該反射式光學元件經配置以反射光朝向該折射式光學元件。該透鏡模組具有由該複數個光學通道之各透鏡之視場所對的角度範圍界定之一總視場。該陣列相機亦包含使該基底層與該透鏡模組分離之一間隔件，其中該間隔件用作包圍該等光偵測元件之一壁。

該陣列相機模組可包含以下特徵之一或多者。例如，在一些實施方案中，反射式光學元件包含用於反射指定波長或波長範圍之一反射薄膜。該反射薄膜可包含一金屬薄膜或一介電薄膜堆疊。

在一些例項中，反射式光學元件經組態以藉由全內反射將具有指定波長或波長範圍之光重新引導至折射式光學元件。

在某些實施方案中，第一陣列中之各光學通道之視場小於總視場。

在一些實施方案中，總視場不大於約184度。

在一些情況中，至少一折射反射式光學通道之視場不大於約90度。例如，第一陣列中之一或多個額外光學通道之視場可不大於約60度。

在某些例項中，反射式光學元件係來自第一陣列之一被動光學元件，其中折射式光學元件係來自第二陣列之一被動光學元件。

在一些實施方案中，各光學通道經組態以將具有指定波長或波長範圍之入射光重新引導至基底層上之一對應光偵測元件。

在一些實施方案中，第二被動光學元件陣列配置於與基板之第一側相對之基板之一第二側上。

在一些實施方案中，間隔件界定透鏡模組與基底層之間的一透明區域，自該透鏡模組重新引導之光通過該透明區域而至該基底層。間隔件可用作模組之一側壁，其對一指定波長或波長範圍實質上不透明。

在一些實施方案中，基底層包含一印刷電路板(PCB)且光偵測元件陣列電連接至該PCB中之一導電圖案。

在某些例項中，陣列相機模組包含透鏡模組與基底層之間的一通道法蘭焦距(channel flange focal length,FFL)校正層，其中光學通道之光軸與該通道FFL層相交，且其中與該等光軸相交的該通道FFL校正層之各自部分具有彼此不同的厚度。

在一些實施方案中，反射式光學元件係一透鏡。

在某些實施方案中，反射式光學元件係一稜鏡。

在另一態樣中，本發明之標的可體現於用於製造一透鏡模組之方法中，其中該等方法包含：提供一基板；在該基板之一第一側上將第一多個被動光學元件配置成一第一陣列；及將第二多個被動光學元件配置成一第二陣列，使得形成多個光學通道，各光學通道包含來自該第一陣列之一被動光學元件及來自該第二陣列之一被動光學元件。至少一光學通道係包含一反射式光學元件及一折射式光學元件之一折射反射式光學通道，各光學通道具有一對應視場，且該多個光學通道界定透鏡模組之一總視場。

該等方法可具有以下特徵之一或多者。例如，在一些實施方案中，配置該第一多個被動光學元件包含：藉由一複製技術在該基板上形成該第一多個被動光學元件。

在一些實施方案中，配置該第一多個被動光學元件包含：藉由一射出模製或玻璃模製技術形成該第一多個被動光學元件。

在某些實施方案中，配置該第一多個被動光學元件包含：形成多個透鏡；及使用一取置技術將該等透鏡放置於該基板之第一側上。該方法進一步可包含：在該第一陣列之被動光學元件之至少一者之一部分上沈積一反射塗層。沈積該反射塗層可發生於在該基板之第一側上配置該第一多個被動光學元件之後。沈積該反射塗層可發生於在該基板之第一側上配置該第一多個被動光學元件之前。

在一些實施方案中，基板包含對一指定波長或波長範圍透明的多個透射部分。配置該第一多個被動光學元件可包含：將該第一陣列之各被動光學元件配置於該基板之一對應透射部分上方。

在一些實施方案中，將該第二多個被動光學元件配置於與基板之第一側相對之基板之一第二側上。配置該第二多個被動光學元件可包含：藉由一複製技術在該基板之第二側上形成該第二多個被動光學元件。配置該第二多個被動光學元件包含：藉由一射出模製或玻璃模製技術在該基板之第二側上形成該第二多個被動光學元件。配置該第二多個被動光學元件可包含：藉由一取置技術在該基板之第二側上形成該第二複數個被動光學元件。配置該第二多個被動光學元件可包含：使該第二多個被動光學元件之一或多者與該第一陣列之一或多個對應被動光學元件對準以形成至少一光學通道。

在另一態樣中，本發明之標的可體現於製造一陣列相機模組之多個方法中，其中該等方法包含：提供一基底晶圓，多個光偵測元件安裝在該基底晶圓上；及在該基底晶圓上方提供一透鏡晶圓以形成一晶圓堆疊，其中該透鏡晶圓包含一基板及多個光學通道。各光學通道包含一第一被動光學元件及一第二被動光學元件，其中該第一被動光學元件經配置以將光重新引導至該第二被動光學元件，且其中至少一光學通道係包含一反射式光學元件及一折射式光學元件之一折射反射式光學通道。該等方法進一步包含：在該基底晶圓與該透鏡晶圓之間提供一間隔件，其中該間隔件用作包圍光偵測元件之一壁；及將該晶圓堆疊分割成個別陣列相機模組，其中各陣列相機模組包含兩個或更多個光偵測元件及一透鏡陣列。

該等方法可包含以下特徵之一或多者。例如，在一些實施方案中，該等方法進一步可包含藉由一複製技術製造該透鏡晶圓之至少一部分。

在一些實施方案中，該等方法包含藉由一射出模製或玻璃模製技術製造該透鏡晶圓之至少一部分。

在一些情況中，該等方法進一步包含藉由一取置技術製造該透鏡晶圓之至少一部分。

在一些實施方案中，該等方法進一步包含在該基底晶圓與該透鏡晶圓之間提供一通道法蘭焦距(FFL)校正層。

在某些實施方案中，該等方法進一步包含：在該基底晶圓上提供一或多個光學濾光片層，其中該一或多個光學濾光片覆蓋對應光偵測元件，且其中該一或多個光學濾光片經組態以阻斷具有一指定波長或波長範圍之光的透射。前述實施方案之任一者可包含分割該晶圓堆疊(包含切穿該間隔件)。

在另一態樣中，本發明之標的可包含一種包含一相機系統之電子裝置，其中該相機系統包含前述陣列相機模組之任一者。

在隨附圖式及下文描述中闡述一或多項實施例之細節。自描述、圖式及申請專利範圍將明白其他特徵及優點。

10‧‧‧電子裝置

20‧‧‧陣列相機模組

30‧‧‧電路

40‧‧‧顯示螢幕

100‧‧‧透鏡模組

101‧‧‧第一側

102‧‧‧基板

103‧‧‧第二側/感測器側

104a‧‧‧第一透鏡

104b‧‧‧第二透鏡

104c‧‧‧第三透鏡

104d‧‧‧第四透鏡

104e‧‧‧第五透鏡

105‧‧‧第一陣列/透鏡陣列

106‧‧‧視場(FOV)

107‧‧‧第二陣列

108‧‧‧被動光學元件/透鏡

110a‧‧‧光偵測元件

112‧‧‧影像感測器陣列

150‧‧‧透鏡模組

152‧‧‧第二基板

160‧‧‧光學通道

200‧‧‧第一陣列

200a‧‧‧反射式光學元件/透鏡

200b‧‧‧反射式光學元件/透鏡

201‧‧‧第一光學元件陣列

201a‧‧‧反射元件/反射式光學元件/稜鏡

202‧‧‧第一基板

203‧‧‧第二光學元件陣列

203a‧‧‧折射式光學元件

204‧‧‧第一部分/反射部分(圖2A)/基板(圖2B)

205‧‧‧第三光學元件陣列

205a‧‧‧折射式光學元件

206‧‧‧第二部分(圖2A)/類平行六面體本體(圖2B)

208‧‧‧反射塗層

208a‧‧‧光線之第一群組

210‧‧‧光偵測器元件

212‧‧‧影像感測器陣列

214‧‧‧第二陣列

214a‧‧‧折射式光學元件

214b‧‧‧折射式光學元件

220‧‧‧光

240‧‧‧折射反射式通道

250‧‧‧第一介面

252‧‧‧第二介面

300‧‧‧透鏡模組

302‧‧‧透鏡基板

304‧‧‧透鏡

308‧‧‧透鏡

312‧‧‧影像感測器陣列

330‧‧‧印刷電路板(PCB)基板

332‧‧‧電性墊/電連接件

340‧‧‧不透明間隔件

350‧‧‧陣列相機模組

360‧‧‧間隔件

370‧‧‧光學通道

450‧‧‧陣列相機模組

500‧‧‧透鏡陣列

502‧‧‧透鏡基板

512‧‧‧影像感測器陣列

550‧‧‧陣列相機模組

560‧‧‧不透明間隔件

580‧‧‧法蘭焦距(FFL)校正基板

585‧‧‧位置

650‧‧‧陣列相機模組

690‧‧‧光學組件基板

695‧‧‧透明區域

圖1A及圖1B係繪示一透鏡模組之側視圖之示意圖。

圖2A、圖2B及圖2C係繪示一折射反射式透鏡之截面之示意圖。

圖3A及圖3B係繪示一陣列相機模組之側視圖之示意圖。

圖4係繪示含有多個陣列相機模組之一晶圓堆疊之一側視圖之一示意圖。

圖5係繪示含有一通道法蘭焦距(FFL)校正層之一陣列相機模組之一側視圖之一示意圖。

圖6係繪示含有一光學濾光片層之一陣列相機模組之一側視圖之一示意圖。

圖7係一陣列相機模組整合至其中之一例示性電子裝置之一示意圖。

如圖1A中所示，一透鏡模組100包含一基板102及配置於該基板102之一第一側101上之被動光學元件104(例如，透鏡)之一第一陣列105。透鏡模組100可併為用於諸如一電話、膝上型電腦、個人數位助理或平板裝置之一電子裝置之一陣列相機模組之部分。透鏡陣列105可形成為例如消色折射/繞射透鏡或折射微透鏡之一陣列。第一陣列105中之各透鏡104經組態以接收一指定波長或波長範圍之入射光並將該入射光重新引導至一不同方向。較佳地，光經重新引導朝向基板102，該基板102含有對該指定波長或波長範圍透明的一或多個區域。由透鏡陣列105重新引導的光通過基板102且自一第二側103射出，其中該光之一部分或全部隨後行進至含有光偵測元件110之一影像感測器陣列112。在一些實施方案中，各透鏡104經配置使得其將入射光重新引導至位於透鏡陣列105下方之一對應光偵測元件110。接著，可例如藉由將自每一個別偵測元件獲得之影像光縫合在一起(例如，藉由使用影像處理以組合所偵測之不同影像)而建構一輸出影像。

圖1A中及本發明之其他圖中所示之示意圖描繪裝置組件之結構及功能概況且未按比例繪製。雖然本實例中僅展示五個透鏡，但陣列中可包含任何數目個光學元件。透鏡陣列亦可具有各種形狀。例如，透鏡陣列可形成為光學元件之一圓形陣列，其中光學元件配置成一或多個同心環。或者，光學元件可配置成具有透鏡之多個列及多個行之一方形陣列或透鏡之一單一列或單一行。陣列105之透鏡可具有一近似圓形的基底，其中直徑介於約250微米與約7.5mm之間，例如，介於約500微米與約5mm之間。透鏡厚度可在自例如約500微米至約5mm之範圍內。陣列之被動光學元件可包含用於調節及/或重新引導光的凸透鏡、凹透鏡或其他光學元件。關於所示及所揭示之實例，被動光學元件可稱為透鏡，但應瞭解，被動光學元件不限於透鏡。

除定位於暴露於來自使物件成像之入射光之基板側上之被動光學元件陣列之外，透鏡模組100亦可包含基板102之感測器側103上之被動光學元件(例如，透鏡)108之一第二陣列107。第二陣列中之各光學元件108實質上可與第一陣列105中之一對應光學元件104對準以形成一垂直透鏡堆疊或「光學通道」。因此，各通道具有由包含於該通道中之光學元件之重合主軸形成的一光束光軸。在本實例中，來自第一側及感測器側之各對透鏡之組合將傳入光信號聚焦於影像感測器112中之(若干)對應光偵測器元件110上。

雖然透鏡模組100之光學通道包含基板102之第一側101上之一被動光學元件及感測器側103上之另一被動光學元件，但其他配置亦係可行的。例如，第二光學元件陣列可形成於與基板102分離之一基板上。一或多個通道可包含兩個以上光學元件。在一些實施方案中，該等光學元件各自係使用一單一基板或使用多個單獨基板配置。作為一實例，圖1B係繪示一透鏡模組150之一截面之一示意圖，透鏡模組 150類似於透鏡模組100，惟模組150包含其上形成被動光學元件(例如，透鏡)之第二陣列107之一第二基板152除外。來自第一陣列105之至少一光學元件與來自第二陣列107之另一光學元件對準以形成一光學通道160(由虛線內所含之區域指示)，入射於該第一陣列之該光學元件上之光經重新引導通過該光學通道160而至影像感測器112中之一對應光偵測元件110。

在圖1之平面(亦即，x-y平面)中，透鏡模組100之各光學元件104且因此通道所對的入射光之角度範圍表示光學元件(及通道)之「角視場」或簡稱為「視場」(FOV)106。在一些實施方案中，FOV被理解為由光學通道成像至一對應光偵測元件上之區域。雖然在以下實例中就角度而提及FOV，但FOV亦可表示為以可見區域之長度對光學通道與所觀察到的區域位置之間的距離之一比例之形式定義的一線性FOV。透鏡模組100中之光學通道可具有彼此不同的視場。例如，在一些實施方案中，一第一光學通道具有20度之一FOV，一第二光學通道可具有30度之一FOV，而一第三光學通道可具有45度之一FOV。其他視場亦係可行的。雖然僅針對圖1A中之x-y平面展示各光學通道之FOV，但FOV可圍繞透鏡之中心光軸呈對稱。

較佳地，各透鏡104之FOV以透鏡之光軸為中心。此外，陣列105中之各透鏡104之FOV 106可涵蓋不同空間區域。為判定一特定透鏡或光學通道之FOV，吾人觀看如自一固定參考平面(諸如基板102之表面、平行於基板表面延伸之一平面，諸如沿圖1中之水平x軸延伸之一平面、或影像感測器陣列112之影像平面)量測之由透鏡所對的角度。或者，吾人可相對於透鏡或光學通道之一中心光軸定義FOV。

例如，假定圖1中之各透鏡104之FOV涵蓋約30度之一角度範圍。圖1中所示之陣列105之最左側上之透鏡104a可經組態以具有如自參考平面量測之對應於介於0度與30度之間的角度之一FOV(例如，如自參考平面量測之以15度之一光軸為中心的+/- 15度之一FOV)。然而，透鏡104b可經組態以具有如自參考平面量測之對應於介於30度與60度之間的角度之一FOV(例如，如自參考平面量測之以45度之一光軸為中心的+/- 15度之一FOV)。類似地，透鏡104c、104d及104e可經組態以分別具有：對應於介於60度與90度之間的角度之一FOV(例如，如自參考平面量測之以75度之一光軸為中心的+/- 15度之一FOV)；對應於介於90度與120度之間的角度之一FOV(例如，如自參考平面量測之以105度之一光軸為中心的+/- 15度之一FOV)；及對應於介於120度與150度之間的角度之一FOV(例如，如自參考平面量測之以135度之一光軸為中心的+/- 15度之一FOV)。

由陣列105中之全部透鏡104(或通道)所對的且由感測器陣列112所偵測的全角度範圍界定該陣列之「總視場」。例如，儘管陣列105中之各透鏡可具有一相對較小的FOV(例如，20度至60度之範圍內之一FOV)，然與任何個別透鏡之FOV相比，陣列105中之透鏡之組合有效地擴大該陣列之總FOV。為使透鏡模組能夠具有不同於每一個別透鏡之視場之一總視場，可改變透鏡之中心光軸。例如，一透鏡陣列中之一特定透鏡之光軸可定位於一距離處，該距離變為逐漸大於影像感測器陣列中之光偵測元件之子群組之中心至中心距離。光軸之位移自透鏡陣列之中心徑向地增加。使一透鏡之光軸偏心趨向於使來自離軸場角度之光線彎曲至該透鏡之視場中心中。藉由使透鏡之光軸進一步徑向地移出而使距透鏡陣列中心之距離愈來愈大，在光偵測元件之一給定透鏡/子群組之視場之中心處之一物件的角位置源於總視場之遞增離軸段。

或者，一特定透鏡之中心光軸相對於一相鄰透鏡之一光軸可以一不同角度傾斜。即，如自一參考平面(或平行於該參考平面之一平面)量測之透鏡之中心光軸之角度可不同於陣列中之一不同透鏡之光軸角度。例如，在圖1中所示之實施方案中，透鏡104c之光軸相對於基板102之表面101及/或感測器陣列112之影像平面大體上垂直(近似90度)。相比之下，透鏡104a、104b、104d及104e經組態使得其等各自光軸(未展示)相對於基板102之表面101及/或感測器陣列112之影像平面傾斜(亦即，不垂直)。

因此，對於如圖1中所示之五透鏡陣列，其中各透鏡104具有涵蓋超過15度之一跨度之一不同空間區域之一個別FOV 106，透鏡模組之總FOV係75度。然而，重要的是應注意，若兩個或更多個透鏡(或通道)具有重疊或涵蓋相同空間區域之視場，則總FOV係由陣列中之全部透鏡(或通道)所對的整個角度範圍界定，且並非是藉由相加各透鏡之個別視場所獲得之值。

較佳地，透鏡104涵蓋不同空間區域，使得總FOV大於任何個別FOV。在一些實施方案中，透鏡104(或通道)具有涵蓋重疊區域之視場。作為一實例，一第一透鏡104a可涵蓋與參考平面成15度與30度之間所對的區域，而一第二透鏡104b可涵蓋與參考平面成25度與40度之間所對的區域，一第三透鏡104c可涵蓋與參考平面成35度與50度之間所對的區域，一第四透鏡104d可涵蓋與參考平面成45度與60度之間所對的區域，且一第五透鏡104e可涵蓋與參考平面成55度與70度之間所對的區域。

在某些實施方案中，可能難以使相對於參考平面以淺角度(亦即，相對於光軸成高入射角度)到達之光成像。即，一或多個光學通道中之被動光學元件可能無法充分折射淺入射光，使得光通過基板之(若干)透明部分及/或使得光可重新引導至感測器陣列之一對應光偵測元件。例如，以與參考平面成0度與15度之間的角度到達透鏡104a之光可過淺以致無法折射至配置於透鏡104a下方之一對應光偵測元件110a。因此，此等透鏡之FOV 106限於實際上將折射至所要路徑之一相對較短小的角度範圍(例如，相對於參考平面介於約82度至約97度之間)。例如，如圖1之配置中所示之一微光學透鏡陣列中之折射透鏡之FOV中所涵蓋之角度範圍通常不大於20度(例如，以透鏡之光軸為中心+/- 10度)。此外，透鏡FOV中可包含之相對於基板表面之最小角度係約40度(亦即，與垂直於基板表面定向之一光軸成約50度之一最大值)。

為解決使相對於參考平面(或平行於該參考平面之一平面)以淺角度入射之光成像之困難，透鏡模組中之光學通道之一或多者可經組態以包含一折射式光學元件及一反射式光學元件兩者以形成一折射反射式光學系統。一折射反射式光學系統係其中在一單一光學系統中組合折射及反射以達成入射光之一所要重新引導之系統。藉由組合折射及反射之程序，相對於限於基於折射而重新引導光朝向所要方向或光偵測元件之一光學通道，一折射反射式光學系統能夠增加FOV。

圖2A係折射反射式光學通道之兩個實例之一示意截面圖。一第一光學通道包含來自基板202之一頂表面上之一第一陣列200之一反射式光學元件200a及來自基板202之一底表面上之一第二陣列214之一折射式光學元件214a，而一第二光學通道包含來自第一陣列200之一反射式光學元件200b及來自第二陣列214之一折射式光學元件214b。圖2A之示意圖描繪一折射反射式光學通道之結構及功能概況且未按比例繪製。雖然僅展示兩個光學通道，但陣列中可包含任何數目個光學通道。

反射式光學元件200a、200b之各者包含兩個部分：一第一部分204，其對具有指定波長或波長範圍之光具反射性；及一第二部分206，其對指定波長或波長範圍具透射性。第二部分206與外部環境(例如，空氣)之間的介面折射入射光之至少一部分朝向第一部分204。在到達第一部分204之後，光由第一部分204反射通過基板202之 (若干)所要透射部分而朝向對應折射式光學元件214a或214b。各光學通道中之反射式光學元件及折射式光學元件之組合可用以將傳入光信號聚焦至影像感測器212中之(若干)對應光偵測器元件210上。

例如，如圖2A中所示，具有一指定波長或波長範圍之光線之一第一群組208a入射於一第一折射反射式通道之透鏡200a上。明確言之，該等光線入射於其中折射該等光線之透鏡200a之第二部分206上。在無反射部分204之情況下，該等光線接著將通過透鏡200a或散射或(例如，由對該指定波長或波長範圍不透明的基板202之一部分)吸收，而未沿最後到達一影像感測器陣列212之一光偵測元件之一路徑重新引導。然而，在反射部分204在適當位置中之情況下，入射光線隨後沿一光學路徑反射朝向折射式光學元件214a及一對應光偵測元件210。藉由利用反射式光學元件，可由光學通道偏轉朝向一所要路徑之角度範圍可增加。例如，可使用某些折射反射式光學通道以重新引導相對於參考平面以介於0度與40度之間的角度入射(亦即，相對於垂直於基板表面定向之一光軸至多成90度)之光。

再次參考圖1，透鏡模組100可全部由折射反射式光學通道組成或由折射反射式光學通道與包含僅折射式光學元件之光學通道之一組合組成。例如，在一些實施方案中，在透鏡模組100或基板102之外邊緣附近使用折射反射式光學通道代替僅折射式光學通道。藉由將折射反射式光學通道放置於陣列之外邊緣附近，其等經更佳定位以接收並重新引導相對於參考平面成淺角度(亦即，相對於實質上垂直於基板表面定向之一透鏡光軸成高角度)之入射光束，因此增加模組100之總FOV內之角度範圍。相比之下，更接近陣列中心之光學通道將包含僅折射透鏡，其等更適於捕獲相對於參考平面以高角度入射(亦即，相對於實質上垂直於基板表面定向之一透鏡光軸成淺角度)之光。

例如，陣列105之中心中及/或附近之一或多個光學通道可經組態以具有涵蓋相對於參考平面介於80度與100度之間(相對於垂直於基板表面定向之一光軸介於+ 10度與- 10度之間)的角度之一FOV。此外，一或多個折射反射式光學通道可配置於陣列105之外邊緣附近，其中折射反射式光學通道具有涵蓋相對於參考平面介於0度與40度之間或介於140度與180度之間(如相對於垂直於基板表面定向之一光軸量測介於50度與90度之間)的角度之一FOV。陣列中之額外光學通道(折射反射式及/或僅折射式)可用以涵蓋介於陣列邊緣附近之折射反射式光學通道之FOV與中心光學通道之FOV之間的一角度範圍。因此，藉由將一或多個折射反射式光學通道包含於一透鏡陣列中，可使該陣列之總FOV增加而無需光學組件之一複雜配置。例如，在組件總成及影像處理之適用容限內，可使用折射反射式光學通道以使總FOV增加到至多約184度。此外，使用折射反射式光學通道最小化通道中增加FOV所需之光學元件之數目，且因此幫助使透鏡模組之高度(亦即，沿y軸量測)保持為低，此對於其中空間之緊密性及最小使用重要之行動電子裝置可為有利的。

再次參考圖2A，反射部分204僅部分形成透鏡200a、200b之一外表面。取決於吾人意欲重新引導之入射光之所要角度，反射部分204覆蓋跨越之面積可變化。例如，反射部分204可覆蓋外表面之至多約10%，外表面之至多約20%，外表面之至多約30%，外表面之至多約40%或外表面之至多約50%。其他覆蓋面積亦係可行的。

經組態以折射入射光之光學元件之部分206可例如由塑膠或玻璃材料組成且可使用諸如複製、鑄造、壓縮模製、微切削加工、拋光或射出模製之技術形成於基板202上。亦可使用與該等製造技術相容之其他材料。為了能用於製造，該等材料較佳具有可自其形成精確形狀之良好尺寸穩定性。

經組態以折射入射光之部分206一經形成，反射部分204便可形成於部分206之一表面上。例如，可使用諸如電子束沈積、熱蒸鍍或濺鍍等之薄膜沈積技術形成該反射部分。反射部分204之材料可包含適於反射一指定波長或波長範圍之任何材料。例如，反射部分204之材料可包含薄膜金屬，諸如銀、金或鋁。在一些實施方案中，形成反射部分204之材料可包含諸如介電鏡(布拉格鏡，Bragg mirror)之一堆疊，該堆疊含有高折射率材料及低折射率材料之交替層。例如，反射部分204可由交替的高折射率材料薄膜(諸如硫化鋅(n=2.32)或二氧化鈦(n=2.4))及低折射率材料薄膜(諸如氟化鎂(n=1.38)或二氧化矽(n=1.49))組成。亦可使用其他高折射率材料及低折射率材料。使用此等結構，折射反射式光學通道可經設計以僅重新引導特定波長或波長範圍。在一些實施方案中，反射式光學元件之第一部分204及第二部分206與基板分開形成，接著使用取置技術定位於基板202上。

不必使用諸如金屬或介電堆疊之一單獨反射材料來實施折射反射式光學通道之反射式光學元件。而是，可使用全內反射達成所要反射率。例如，圖2B係繪示一折射反射式通道之一截面之一示意圖，藉由橢圓240環繞其元件。折射反射式通道240包含來自一第一基板202上之一第一光學元件陣列201之一反射元件201a及來自配置於一單獨基板204上之第二光學元件陣列203及第三光學元件陣列205之兩個單獨折射式光學元件203a、205a。本實例中之反射式光學元件201a係一直角三角形稜鏡。元件201a具有一折射率n _p，且元件201a周圍之環境(除基板202之外)具有小於n _p之一折射率n _a。元件201a可經組態以具有約與陣列201中之其他光學元件大小相同的大小。取決於入射角度，入射於元件201a之一第一介面250上之光220可折射朝向一第二介面252。假定該折射光以大於臨界角度(其可表示為arcsin(n _a/n _p))之一角度照射(strike)介面252，則該光經全內反射而遠離介面252。為便於觀看，未展示光在稜鏡-基板介面及基板-空氣介面處之後續折射。接著，經全內反射之光行進至通道240之其他光學元件。因此，稜鏡201a容許重新引導具有使用一光學通道單獨依賴於折射效應無法捕獲之入射角度之光。如上文說明，此等折射反射式通道可因此與其他僅折射式光學通道組合以增加一相機模組中之一透鏡陣列之總視場。

儘管圖2B中展示一直角三角形稜鏡，然亦可使用其他形狀及光學元件。例如，圖2C係繪示由橢圓240標示之一折射反射式通道之一截面之一示意圖。通道240包含配置於基板202上之一第一光學元件陣列201之一反射式光學元件201a及分別配置於一第二基板204上之陣列203、205之兩個額外折射式光學元件203a、205a。反射式光學元件201a包含具有其上形成一反射塗層208之一表面之一稜鏡或類平行六面體本體206。取決於本體206如何成角度，入射於反射塗層208上之光220經反射而朝向該通道之折射式光學元件203a、205a。

對於圖2A至圖2C中所示之實施方案以及其他實施方案，可使用諸如複製、鑄造、壓縮模製、微切削加工、拋光或射出模製之技術製造光學元件。在一些實施方案中，光學元件可使用取置技術定位於基板上。光學元件可由適於透射一所要光波長或光波長範圍之材料(諸如光學級玻璃)形成。如前述，反射材料可包含例如一薄膜金屬，諸如金、銀或鋁等。

如圖2A至圖2C中所示，反射式光學元件可具有不同形狀。在一些實施方案中，折射反射式通道中之反射式光學元件之表面相當於例如一球體或一圓柱體之部分，或可為非球狀的。例如，再次參考圖2A，透鏡200a之表面相當於相對於沿Y方向之透鏡高度沿X方向具有一窄基底之一非球狀物件之一部分，且因此具有較大曲率。透鏡200b亦具有一表面，該表面相當於一非球狀物件之一部分，但沿X方向具有相對於沿Y方向之透鏡高度為寬之一基底，且因此具有較小曲率。因此，與具有較小曲率之透鏡相比，具有較大曲率之透鏡可能夠在一較大角度範圍內重新引導入射光。透鏡之曲率半徑可在自極小(約為例如1mm，亦即，一短焦距)至無窮大(亦即，平面鏡)之範圍內。透鏡之曲率半徑之例示性範圍介於約2mm與約10mm之間、介於約3mm與約9mm之間或介於約4mm與約8mm之間。透鏡厚度亦可變化。如圖2中所示，透鏡厚度h被判定為自透鏡頂點至透鏡基底之距離。透鏡厚度可在自例如約0.5mm至約5mm之範圍內。

其上放置或形成光學元件之基板可例如完全由一透明材料(例如，玻璃、藍寶石或聚合物材料)組成。或者，該基板可由被不透明材料區域分離之透明區域(參見例如圖3B中之區域360)組成。例如，參考圖1，透明區域可延伸穿過基板102之厚度且分別對應於透鏡104之中心光軸。在使用一單獨透鏡陣列107之情況中，透明區域亦可與透鏡108之中心光軸對準。在一些實施方案中，彩色濾光片可嵌入於基板102之透射部分內或提供於基板102之透射部分上，使得不同光學通道與不同色彩(例如，紅色(介於約620nm至約780nm之間)、綠色(介於約495nm至約570nm之間)或藍色(介於約380nm至約495nm之間))相關聯，及/或使得電磁光譜之特定區域被阻擋(例如，介於約780nm與1000微米之間的紅外線波長或介於約390nm與約10nm之間的紫外線波長)。亦可選擇濾光片之其他波長範圍。

影像感測器陣列112可實施為例如一光二極體、CCD或CMOS陣列，其具有對應於形成陣列105、107之透鏡104、108之數目的光偵測器之子群組。在一些實施方案中，各子群組中之一些光偵測器元件可具備一濾光片(例如，單色紅、綠或藍濾光片、紅外(IR)帶通濾光片、拜耳(Bayer)或中性密度濾光片)。在一些實施方案中，各透鏡陣列(例如，105及107)之面積大於影像感測器陣列112之面積。例如，雖然圖1描繪透鏡陣列105中之各透鏡104直接對準於一對應光偵測元件110上方，但該等透鏡可自透鏡重新引導入射光至其之該對應偵測元件橫向偏移。

透鏡模組100可製成相對較小。例如，在一些實施方案中，模組100具有約為15mm或更小(寬度)x 15mm或更小(長度)x 3mm或更小(高度)之尺寸。例如，在一特定實施方案中，模組100具有大約5mm(寬度)x 5mm(長度)x 2mm(高度)之尺寸。不同尺寸可適於其他實施方案。

圖3A係展示由諸如圖1之透鏡模組100之一透鏡模組300及一影像感測器陣列312組成之一陣列相機模組350之一側視圖之一示意圖。透鏡模組300可包含具有一或多個折射式光學元件及一或多個折射反射式元件之一或多個折射反射式通道。透鏡模組300之透鏡基板302可例如藉由亦用作陣列相機模組350之側壁之不透明間隔件340而與影像感測器陣列312分離。在一些實施方案中，在陣列相機模組350內可使用不透明間隔件以使鄰近光學通道與彼此分離，其中光學通道定義為入射光通過透鏡模組300之一透鏡或透鏡對(例如，透鏡304及透鏡308)並至影像感測器陣列312之一對應光偵測元件所遵循的光學路徑。例如，圖3B係一相機陣列模組350之一示意圖，其包含影像感測器陣列312之光偵測元件之間及形成於基板302中之光學通道370之間的額外間隔件360。前述實施方案之任一者中之間隔件可由例如含有一不透明濾光片(例如，顏料、無機填料或染料)之聚合物材料(例如，環氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯或矽酮)組成。在一些實施方案中，間隔件提供為具有用於光學通道之開口之一單一間隔件晶圓。在其他實施方案中，可例如藉由一複製或真空注入技術形成間隔件，其中該等間隔件直接形成於一基板上。一些實施方案包含透鏡模組300之一第一側及/或一第二側上之一不透明擋板以包圍個別透鏡304及/或308，且防止或限制雜散光進入相機及由影像感測器陣列312偵測。該擋板亦可提供為一單獨間隔件，或可由真空注入技術提供該擋板。

陣列相機模組350可例如安裝至一印刷電路板(PCB)基板330。陣列相機模組350底側上之電性墊332可提供至PCB基板330之電連接。電性墊332可為接觸件，諸如焊球。影像感測器陣列312可實施為一積體電路(IC)之部分，該積體電路(IC)形成為例如一半導體晶片裝置且包含執行由光偵測元件產生之信號之處理(例如，類比轉數位處理)之電路。該等光偵測元件可透過電線(未展示)電耦合至該電路。此外，來自該等光偵測元件及/或該電路之信號可透過形成於半導體晶片中之導通孔(未展示)電耦合至墊332。在一些實施方案中，用於執行信號處理之電路可形成於PCB基板330上，其中該等信號透過電連接件332自IC發送至PCB。PCB基板330可為以下各者之一構成部分：一電子裝置(例如，一掌上型通信裝置，諸如一電話)、一頭戴耳機、一媒體平板電腦、眼鏡、一手錶、一遊戲應用之一電子產品、一相機或一電視機。

例如，在一晶圓級製程中，可同時製造多個陣列相機模組。一般而言，一晶圓係指一實質上呈碟狀或板狀之物品，其在一方向(y方向或垂直方向)上之延伸相對於其在另外兩個方向(x方向及z方向或橫向方向)上之延伸較小。在一(非空白)晶圓上，例如，可將多個類似結構或物品配置於一矩形或其他形狀之網格上或提供於該網格中。一晶圓可具有開口或孔，且在一些情況中一晶圓在其橫向區域之一主要部分中可無材料。在一些實施方案中，晶圓之直徑介於5cm與40cm之間，且可例如介於10cm與31cm之間。晶圓可為具有例如2英寸、4英寸、6英寸、8英寸或12英寸之一直徑之圓柱體，一英寸係約2.54cm。晶圓厚度可例如介於0.2mm與10mm之間，且在一些情況中介於0.4mm與6mm之間。

在一晶圓級製程之一些實施方案中，可在各橫向方向上提供至少十個模組，且在一些情況中在各橫向方向上提供至少三十個或甚至五十個或更多個模組。晶圓之各者之尺寸之實例係：橫向至少5cm或10cm，且至多30cm或40cm或甚至50cm；且垂直(在其上未配置有組件之情況下量測)至少0.2mm或0.4mm或甚至1mm，且至多6mm或10mm或甚至20mm。

圖4中展示描繪藉由一晶圓級製程製造之多個陣列相機模組450之一實例之一示意圖。陣列相機模組450之各者可包含具有一或多個折射反射式光學通道之一透鏡模組。相機模組450之間的虛線區域相當於在晶圓處理期間經切割以使模組450與彼此分離之面積。

圖5繪示併有形成一或多個折射反射式光學通道之一透鏡陣列500以及一法蘭焦距(FFL)校正基板580之一陣列相機模組550之另一實例。FFL校正基板580可由例如容許一特定波長範圍內之光通過而具較少衰減或不具衰減之一透明材料組成。FFL基板580可藉由一不透明間隔件560而與透鏡基板502分離。在附接影像感測器陣列512之前，對應於特定光學通道之位置585處之FFL校正基板580可經調整以校正光學通道之FFL之差。影像感測器陣列512可例如藉由另一不透明間隔件560而與FFL校正基板580分離。在一些實施方案中，FFL校正基板580之長度亦可經調整以校正FFL偏移。

如圖6中所示，一陣列相機模組650可形成為包含一或多個光學組件基板690之一垂直堆疊，該等光學組件基板690之各者在一側或兩側上包含光學元件(例如，透鏡、彩色濾光片)之一陣列。由多個基板形成之光學通道之至少一者包含一折射反射式光學通道，諸如本文中描述之折射反射式通道。基板690對指定波長或波長範圍可不透明且可包含至少對該指定波長或該波長範圍之一子集不透明的一或多個區域695。例如，基板690可由例如含有不透明填料(例如，顏料、無機填料或染料)之聚合物材料(例如，環氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯或矽酮)組成，而透明區域695可藉由例如蝕刻或鑽孔基板690中之開口而形成。一或多個光學組件(諸如額外透鏡)可固定於區域695中之開口中。或者，彩色濾光片可嵌入於基板690之透射部分695內或提供於基板690之透射部分695上，使得不同光學通道與不同色彩(例如，紅色、綠色或藍色)相關聯。

如圖7中所示，一陣列相機模組20(例如，陣列相機模組350、550或650)整合至其中之一行動電話、一頭戴耳機、一媒體平板電腦、眼鏡、一手錶、一遊戲應用之一電子產品、一相機、一電視機或其他電子裝置10可包含用於讀出並處理來自模組20之影像感測器之信號之電路30。此電路可包含例如一或多個資料匯流排以及行及列位址解碼器以讀出來自模組20之影像感測器中之個別像素之信號。該電路可包含例如類比轉數位轉換器、子影像像素反相器及/或非揮發性記憶體胞以及多工器及數位時鐘。尤其基於來自影像感測器中之光偵測器之子群組(其偵測通過陣列相機模組之透鏡陣列中之透鏡之光學信號)之輸出信號，電路可使用已知技術(例如，基於視差效應)獲得深度資訊。電路可處理來自影像感測器中之全部像素之信號以形成可例如顯示於行動電話之顯示螢幕40上之一單一複合影像。

在本發明之範疇內可進行各種修改。相應地，其他實施方案在以下申請專利範圍之範疇內。