TWI359285B - Aspheric lens structure and fabrication methods th - Google Patents

Description

1359285 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種非球面透鏡結構及其 特別是有關於一種具有雙非球面表及 其製造方法。 处兄…構陣列及 【先前技術】 +傳統採用高解析度電子影像感侧器的數位照 搭配鬲解析度的光學透鏡 而砝於目士 妁如非球面透鏡。雖然非球 有〇光學特性的優點，㈣傳統上利用研磨 :璃及拋光等方式製造非球面透鏡卻非常困難，因此採 用=玻璃構件的非球面透鏡的光學裝置，例如積體數位 :機或内建於行動電話的照相裝置，其製造成本相對昂 另一種傳統的非球面透鏡的製造方法係利用墨模法 作透明塑夥材質或低炼點玻璃材質的非球面透 =，模法製作_非球面透鏡的成本低廉，然而其製 作成透境精確度卻不^以用於高解析度相機，尤其是將 塑夥非球面透鏡應詩主要㈣構件的情科。更有甚 者’傳統料法僅能依序模騎脂製作單㈣非球面透 於透明板上’並重複製成陣列以供晶圓級封装，由此 付知以傳統模鎊法製造非球面透境的量產能 限制了其製造成本。 力 第1圖係顯不傳統以壓模法製作塑膠非球面透鏡的 0978-A32645TWF/i,mnGvv〇 5 1359285 剖面示意圖。請參閱第1圖，首先將透明樹脂3灌注於 透明基板1上。接著將一模具2移向基板’使其壓鑄透 明樹脂3成具#球面表面3a的透鏡於透明基板1上’於 完成壓鑄步驟後，將模具2返回原點。接著，重複複製 上述模鑄步驟以製成非球面透鏡陣列於基板上’供晶圓 級封裝製程使用。 第2圖係顯示另一傳統混合結構的非球面透鏡的製 作方法剖面示意圖，由此轉置一非球面複合層於凸透鏡 上。傳統的複合式透鏡利用非球面複合層形成於一單一 透鏡的表面上，上述單一透鏡的材質為光學玻璃或透鏡 板做為非球面透鏡的母材，如此形成的非球面透鏡的製 造成本相對較低。請參閱第2圖，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，用以形成一非 球面的複合層30於其上。將一特定量的紫外光硬化樹脂 設置於該轉換面20。上述紫外光硬化樹脂係用以做為非 球面的複合層30的光學材料。接著，將以光學玻璃材料 製作的凸透鏡40設置於模具10中，並以一支撐框50固 定。該紫外光硬化樹脂便均勻的固定在轉換面20與凸透 鏡40之間。接著，將紫外光硬化樹脂光硬化後，便形成 非球面透鏡。雖然採用模具製作的非球面透鏡具較佳的 光學性質。然而，欲將非球面的複合層形成於凸透鏡上 的量產性亦相對較低，使其製造成本無法降低。 【發明内容】 0978-A32645TWF/JamnGwo 6 1359285 有鑑於此’本發明實施例提供—種具有雙非球面的 透鏡結構㈣及其製造料1賴似 其光學性質較傳統的單面非球面透鏡。 1秋使 本f明t #態在於提供—種非球面透鏡結構包括 一第一透鏡構件具有-非球面頂表面設置於一第二透鏡 其中該第—透鏡構件與該第二透鏡構件:間的 1為球面。該第二透鏡構件包括—非球面的背表面，

^中該第-透鏡構件的該非球面頂表面的曲率半徑盘該 第二透鏡構件的該非球面背表面的曲率半徑不同。該第 =鏡構件亦可包括—平面背表面以及1三透鏡構件 设置於該第二透鏡構件的該平面f表面上。該第三 t包括-非球面的背表面，其中該第—透鏡構件的該 非球面頂表面的曲率半徑盥哕笛— 背表面的曲率半徑不4㈣㈣該非球面 本發明之另-14在於提供—種非球面透鏡結構的 製造方法，包括提供-基板；於該基板上形成一穿孔； 插入-球型透鏡於該穿孔中，露出該球型透鏡的一預留 曲面；塗佈-黑色染料層於該基板上，擔住該該球型透 鏡的部分區域，順應性地形成—光阻層於該基板上且覆 蓋該球型透鏡；以及施以一灰階微影製程於該光阻層， 使该光阻層形成具有一非球面頂表面的一第一透鏡構件 於該球型透鏡上。 應注意的是。本發明實施例之非球面透鏡結構的製 造方法更包括研磨該球型透鏡的背部以形成一平面的背 097<S-A32645T\VF-;.lamnGH〇 7 1359285 · 表面，做為一第二透鏡構件，以及形成具有一非球面背 表面的一第三透鏡構件於該第二透鏡構件的該平面背表 面上。或者，移除該球型透鏡以形成一空穴，並形成具 有一非球面背表面的一第二透鏡構件於該空穴中。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： • 【實施方式】 第3-10圖係顯示根據本發明實施例之具雙球面的透 鏡結構的製造方法各步驟的剖面示意圖。請參閱第3圖， • 首先提供一基板100，包括塊材矽基板、石英基板或玻璃 • 基板。基板1〇〇的用途可供製作非球面透鏡結構的承載 基板。 請參閱第4圖，於基板100上製作一穿孔105。穿孔 105的直徑可等於或小於後續置入的球面鏡200。接著， _ 將該球面鏡200插入於穿孔105中，露出球面鏡200的 預定曲面，如第5圖所示。 接著，請參閱第6圖，塗佈一黑色染料層110於基 板100上，擋住部分的球面鏡200。黑色染料層110形成 於基板100上可做為非球面透鏡結構的緩衝層。 請參閱第7圖，順應性地塗佈一光阻層120於基板 1〇〇上，覆蓋黑色染料層110與球面鏡200。一光罩300， 例如相轉移光罩，設置於欲形成非球面透鏡結構的主要 0978-A32645TWF/：iainnGwo 8 1359285 =域上方。上述相轉移光罩光置包括一半透光罩或一灰 階光罩。在經過微影程序後，具非球面表面125a的非球 構件125可做為非球面透鏡的第一透鏡構件，如第$ 圖f不。於一實施例中，球面鏡200可做為非球面透鏡 的第二透鏡構件，可利用其背面的球面。

j於其他實施例中，可選擇性地施以熱製程及熱迴流 製程改變非球©表面125a的表面曲率，使非球面構件125 達到最佳的絲性質。更有甚者，亦可使用具特定曲面 的模具’修飾並控制以改變非球面表面心的表面曲 率，以改善其光學性質。 3清參閱第9圖，施以一平坦化步驟將球面鏡2〇〇的 背面移除成-平面。例如，施以化學機械研磨法㈣p) :除球面鏡綱背面的凸面，使其成平面。接著，形成 一第三透鏡構件21G於平坦化後的球面鏡的背面 ^ ’如第10圖所示。第三透鏡構件21〇具有一非球面的 ^面^利用壓模法成型。應注意的是，第—透鏡構件 m的頂表面125&的曲率半徑可與第三透鏡構件 21〇非球面的背表面210a的曲率半徑不同。 因此 /、有雙非球面的透鏡結構陣列可利用微影製 =直接形成於基板上，供晶圓及封I。此外，形 f結構陣列的製造方法仍包括其他構件及製程步驟，摩 ，本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解，為求 簡明之故，在此省略相關細節的揭露。

11-12 圖係顯示_本㈣另—實施例之具雙球 〇978-A32645TWF/JamnGwo 9 1359285 製造方法各步驟的剖面示4圖。請參閱 樹r構成/明另一實施例的球面鏡200由可光分解的 二二光分解的樹脂。該 化學溶劑溶解，遺留外光照射後… 有非===:式的第二透鏡構件-具 音的是，第可由遷模法形成。應注 ;徑可上=牛⑵非球面的頂表面125a的曲率 ^ 250a ^ # + ^ # ^ ^ ^ 完成且右雔者進仃後續的製程步驟以 =:! :=r列可利用微影製程直接 陣列的製造方法仍包 :所，，領域中具有通常知識者所理解，為：簡明： 故，在此省略相關細節的揭露。’·…曰 本發明實施例的特徵及優點在於利用微旦 的透鏡結構陣列於基板上：，ϊ :地::雜單非球*的透鏡結構，其 本發明雖以較佳實施例揭露如上，秋 定本發明的範圍’任何所屬技術領域:具有通常： 0978-A32645 rWF/iamnGwo 1359285 . ' 者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許的更 動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利 範圍所界定者為準。

0978-A32645TWF/；iamnGwo 11 1359285 * _ 【圖式簡單說明】 剖面；意^ 顯不傳統以壓模法製作塑膠非球面透鏡的 作方===另—傳統混合結構的非球面透鏡的製

面的透鏡結二之具雙球 【主要元件符號說明】 2〜模具； 3a〜非球面表面； 20〜轉換面，· 40〜凸透鏡； 習知部分（第1〜2圖） 1〜透明基板； 3〜透明樹脂； 1〇〜模具； 30〜非球面的複合層，· 50〜支撐框。 本案部分（第3〜12圖） 100〜基板； 200〜球面鏡； 120〜光阻層； 105〜穿孔； 110〜黑色染料層 300〜光罩； 125〜第一非球面構件； 125a〜第一非球面構件的非球面頂表面； 097H-A32645TWF/jainnGwci 12 1359285 . 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。

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Claims (1)

1359285 . - •- 第96119294號之申請專利範圍修正本 100年8月1日修正替換頁 • 十、申請專利範圍： 1.一種非球面透鏡結構，包括： 一第一透鏡構件具有一非球面頂表面設置於一第二 透鏡構件上，其中該第一透鏡構件與該第二透鏡構件之間 的介面為球面，以及一基板做為該非球面透鏡結構的承載 結構，且其中該基板承載一非球面透鏡結構陣列，且一黑 色染料層設置於該基板上做為該非球面透鏡結構的緩衝 層0 «3 2.如申請專利範圍第1項所述之非球面透鏡結構，其 中該第二透鏡構件包括一球面的背表面。 3.如申請專利範圍第1項所述之非球面透鏡結構，其 中該第二透鏡構件包括一非球面的背表面。 ' 4.如申請專利範圍第3項所述之非球面透鏡結構，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。 5. 如申請專利範圍第1項所述之非球面透鏡結構，其 ^ 中該第二透鏡構件包括一平面背表面以及一第三透鏡構件 設置於該第二透鏡構件的該平面背表面上。 6. 如申請專利範圍第5項所述之非球面透鏡結構，其 中該第三透鏡構件包括一非球面的背表面。 7. 如申請專利範圍第6項所述之非球面透鏡結構，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。 8. 一種非球面透鏡結構的製造方法，包括： 0978-A32645TWF2(20110707) 14 1359285 ： 第96119294號之申請專利範圍修正本 100年8月1日修正替換頁· - * 提供一基板； 於該基板上形成一穿孔； 插入一球型透鏡於該穿孔中，露出該球型透鏡的一預 留曲面； 塗佈一黑色染料層於該基板上，擋住該該球型透鏡的 部分區域； 順應性地形成一光阻層於該基板上且覆蓋該球型透 鏡；以及 施以一灰階微影製程於該光阻層，使該光阻層形成具 H 有一非球面頂表面的一第一透鏡構件於該球型透鏡上。 9. 如申請專利範圍第8項所述之非球面透鏡結構的製 造方法，更包括： / 研磨該球型透鏡的背部以形成一平面的背表面，做為 - 一第二透鏡構件；以及 形成具有一非球面背表面的一第三透鏡構件於該第 二透鏡構件的該平面背表面上。 10. 如申請專利範圍第8項所述之非球面透鏡結構的 _ 製造方法，更包括： 移除該球型透鏡以形成一空穴；以及 形成具有一非球面背表面的一第二透鏡構件於該空 穴中。 11. 如申請專利範圍第8項所述之非球面透鏡結構的 製造方法，其中施以該灰階微影製程於該光阻層的步驟包 括以一相轉移光罩微影製程實施。 0978-A32645TWF2(20110707) 15 j359285 • · ---—·— 100年8月1日修正替換頁 第96119294號之申請專利制修正本 ' I川u年8月1曰修正替: * 12.如申請專利範圍第8項戶斤、十 -一~~- 製造方法，更包括施以透鏡結構的 件的該非球面頂表面的曲率半捏。驟乂改交該第-透鏡構 13.如申請專利範圍第8項 製造方法，更包括=麵面透鏡結構的 非球面頂表面的曲率半徑。 變該弟一透鏡構件的該 14.如申請專利範圍第9 製造方法，其令該第三透件^之^球面透鏡結構的 】5.如申請專利範圍第驟形成。 製造方法，其”第 、f奴料㈣鏡結構的 16.如申請專利範圍㈣步驟形成。 :造方法’其中該第一透鏡構件的面:鏡結構的 半徑與該第三透鏡構件的該^表面頂表面的曲率 同。 求面月表面的曲率半徑不 17·如申請專利範圍第】G 製造方法，其t該第_ 、过之非球面透鏡結構的 半徑與該第二透鏡構件的該冓球該，面頂表面的曲率 同。 μ表面背表面的曲率半徑不 〇978-Aj2645TWF2(2〇]J〇7〇7) 16