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TWI421531B - 影像攝取透鏡模組及影像攝取系統 - Google Patents

影像攝取透鏡模組及影像攝取系統 Download PDF

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TWI421531B
TWI421531B TW099134678A TW99134678A TWI421531B TW I421531 B TWI421531 B TW I421531B TW 099134678 A TW099134678 A TW 099134678A TW 99134678 A TW99134678 A TW 99134678A TW I421531 B TWI421531 B TW I421531B
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Yun Chiang Hsu
Jau Jan Deng
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Visera Technologies Co Ltd
Omnivision Tech Inc
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Description

影像攝取透鏡模組及影像攝取系統
本發明係有關於一種影像攝取透鏡模組，特別有關於一種高性能的晶圓級封裝影像攝取透鏡模組及影像攝取系統。
採用高解析度電子影像感測器的數位照相機一般需要搭配高解析度的光學構件，例如影像攝取透鏡模組。在可攜式電子產品的數位相機模組的製造與設計正經歷劇烈的挑戰。普遍的挑戰因素包括：高產能、穩定地壓低價格、尺寸限制與改變、以及效能與功能性的符合需求。
於數位相機模組上的影像攝取透鏡可將物件聚焦於影像感測器上，因此在單一數位相機模組上，其透鏡數目儘量減少一個，或者在數位相機模組具有四個透鏡用於百萬像素解析度的鏡頭。為了降低成本，鏡頭的材質一般採用塑膠。然而，在高品質的數位相機中，通常採用玻璃做為第一透鏡，因其具有較優越的光學性質。
日本專利申請早期公開第2008-287006號揭露一種影像攝取鏡頭，在高溫下具有像差校正、短光學長度、可靠的背聚焦，以及穩定的光學效能等優點。
第1圖係顯示傳統影像攝取鏡頭配置的示意圖。請參閱第1圖，一影像攝取透鏡包括第一隔板S1、第一接面式複合透鏡10、第二隔板S2、以及第二接面式複合透鏡20，所有的構件組合的順序係自物件端至影像端。所述第一接面式複合透鏡10包括第一透鏡L1、第二透鏡L2、及第三透鏡L3，組合的順序係自物件端至影像端。所述第二接面式複合透鏡20包括第四透鏡L4、第五透鏡L5、及第六透鏡L6，組合的順序係自物件端至影像端。一覆蓋玻璃30插入位於第二複合透鏡20與影像感測構件40之間。然而，傳統的晶圓級封裝技術應用於影像攝取透鏡仍面臨許多問題，例如變差的光學效能，基板材料的限制，複製透鏡的限制以及透鏡組光學中心對準的精確度限制。
美國專利早期公開U.S. 2007/0126869揭露一種三重複合透鏡模組，其使用晶圓對晶圓的結合方式形成堆疊的透鏡構件。應注意的是，習知技術並未敘述晶圓級複合透鏡的透鏡設計，主要是因為在與傳統的高品質透鏡堆疊模組(例如塑膠透鏡模組或玻璃透鏡模組)比較時，所述述晶圓級複合透鏡具有較差的光學效能。
對許多應用而言，設計小的主要入射角(CRA)進入影像感測器能達到優異的影像效能。同時，傳統的透鏡設計並無法滿足低透鏡模組高度和小透鏡面積的需求。因此，相較於傳統技術，業界需要能降低影像攝取透鏡模組寬度的技術。應注意的是，若將影像攝取透鏡模組的有效焦距長度(EFL)降低，則可輕易地消除影像模糊(blemish)效應。
本發明之實施例提供一種影像攝取透鏡模組，包括：一第一複合透鏡具有一第一構件及一第二構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第二構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端；一第二複合透鏡具有一第三透鏡構件、一第四透鏡構件、及一第五透鏡構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第三構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端，及該第五構件為一平面-凹面透鏡，於近軸線上具有一凹面表面朝向該影像端；以及一第三複合透鏡具有一第六構件及一第七構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第六構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端。
本發明之實施例另提供一種影像攝取系統，包括：一第一複合透鏡具有一第一構件及一第二構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第二構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端；一第二複合透鏡具有一第三透鏡構件、一第四透鏡構件、及一第五透鏡構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第三構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端，及該第五構件為一平面-凹面透鏡，於近軸線上具有一凹面表面朝向該影像端；一第三複合透鏡具有一第六構件及一第七構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第六構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端；以及一影像感測器具有一覆蓋玻璃與該第三複合透鏡的該第七構件混合配置，其中該第一複合透鏡、該第二複合透鏡、該第三複合透鏡、及該覆蓋玻璃組合的順序係自物件端排列至影像端。
為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
本發明實施例的主要特徵和態樣在於提供晶圓級的透鏡，組裝並堆疊成影像攝取透鏡模組。所述晶圓級透鏡結構包含多個三重複合光學透鏡，其具有四個光學曲面。所述晶圓級透鏡結構可使用模鑄法形成，並由UV固化型高分子化合物材料所構成。
第2圖係顯示根據第一實施例的影像攝取透鏡模組的堆疊複合透鏡的配置示意圖。請參閱第2圖，一影像攝取透鏡模組100包括一第一複合透鏡110、一第二複合透鏡120、一第三複合透鏡130、及一覆蓋玻璃140用於該影像感測器(例如CMOS影像感測晶片)，其組合的順序係自物件端排列至影像端。所述第一複合透鏡110具有一第一透鏡構件L10和一第二透鏡構件L20組合的順序係自物件端至影像端。所述第二構件L20可包括一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向影像端。所述第二複合透鏡 120具有一第三透鏡構件L30、一第四透鏡構件L40、及一第五透鏡構件L50，組合的順序係自物件端至影像端。所述第三構件L30可包括一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向物件端。所述第五構件L50可包括一平面-凹面透鏡，於近軸線上具有一凹面表面朝向影像端。所述第三複合透鏡130具有一第六透鏡構件L60和一第七透鏡構件L70組合的順序係自物件端至影像端。所述第六構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該物件端。為能達到高的光學性能，應將所述第三複合透鏡130設置於鄰接影像感測器150。例如，所述具有覆蓋玻璃140的影像感測器150與第三複合透鏡130的第七透鏡構件L70為混合配置成一體。根據本發明之一實施例，所述具有覆蓋玻璃140的影像感測器150與第三複合透鏡130的第七透鏡構件L70直接地黏結成一體。於覆蓋玻璃140和第七透鏡構件L70，並不存在任何其他的光學構件。最多，所述第三複合透鏡130的第七透鏡構件L70與具有覆蓋玻璃140的影像感測器150之間僅藉由黏結劑(膠)之類的材料非直接地黏結。因此，藉由第一實施例的結構配置，可有效地壓縮所述影像攝取透鏡模組和影響感測裝置的有效高度。
應注意的是，可設置一間隙子(未繪示)於第一複合透鏡110和第二複合透鏡120之間。再者，可設置另一間隙子(未繪示)於第二複合透鏡120和第三複合透鏡130之間。
於一實施例中，所述第二透鏡構件L20的曲率半徑為正值，第三透鏡構件L30的曲率半徑為正值，第五透鏡構件L50的曲率半徑為負值，及第六透鏡構件L60的曲率半徑為正值。所述第二、第三、第五、和第六透鏡構件的構成材料可包括可回焊且紫外(UV)光固化型高分子化合物，並藉由模鑄法形成。於另一實施例中，所述第一、第四和第七透鏡構件可包括一光學雙平面板。
另可替換地，所述影像端的第二透鏡構件L20和所述物件端的第三透鏡構件L30為非球面鏡，以及所述影像端的第五透鏡構件L50和所述物件端的第六透鏡構件L60為非球面鏡。
於另一實施例中，所述影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：
EFLg3 >EFLg2
其中：EFLg2 為該第二複合透鏡的有效焦距；以及EFLg3 為該第三複合透鏡的有效焦距。
於另一實施例中，所述影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：
EFLg3 >|EFLg1 |
其中：EFLg1 為該第一複合透鏡的有效焦距；以及EFLg3 為該第三複合透鏡的有效焦距。
於另一實施例中，所述影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：
80>Tair56 /Tair23 >5
其中：Tair23 為該第二構件和該第三構件之間的距離；以及Tair56 為該第五構件和該第六構件之間的距離。
應注意的是，所述第一構件L10、第四構件L40、和第七構件L70包括高折射係數晶圓級基板。例如，所述晶圓級封裝基板的折射係數約大於或等於1.6，並且該晶圓級封裝基板的阿貝數(Abbe Number)約小於35。於一實施例中，所述第二和第五透鏡構件的晶圓級基板可包括鑭緻密燧石(LaSF)、鑭燧石(LaF)、鋇緻密燧石(BaSF)、燧石(flint、簡稱F)以及其他適合的光學材料。所述第二、第三、第五和第六透鏡構件包括可回焊且耐紫外(UV)光的高分子化合物，例如透明可固化的矽膠樹脂或熱固化的樹脂材料。
於本發明更進一步的實施例中，提供一種影像攝取系統，其包括晶圓級封裝影像攝取透鏡模組以及一影像感測器(例如CMOS影像感測晶片)。例如，有關於可攜式行動電話具有靜態數位攝影(DSC)功能的影像攝取系統。一晶圓級封裝影像攝取透鏡模組與CMOS影像感測晶片可輕易地與其他週邊裝置加以整合，例如列解碼器、一行解碼器、一類比數位轉換器(ADC)、以及一輸出緩衝區，形成一整合的影像攝取透鏡系統於矽晶片上。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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。
10．．．第一接面式複合透鏡
20．．．第二接面式複合透鏡
30．．．覆蓋玻璃
40．．．影像感測構件
S1．．．第一隔板
S2．．．第二隔板
L1．．．第一透鏡
L2．．．第二透鏡
L3．．．第三透鏡
L4．．．第四透鏡
L5．．．第五透鏡
L6．．．第六透鏡
100．．．影像攝取透鏡模組
110．．．第一複合透鏡
120．．．第二複合透鏡
130．．．第三複合透鏡
140．．．覆蓋玻璃
150．．．影像感測器
L10．．．第一透鏡構件
L20．．．第二透鏡構件
L30．．．第三透鏡構件
L40．．．第四透鏡構件
L50．．．第五透鏡構件
L60．．．第六透鏡構件
L70．．．第七透鏡構件
第1圖係顯示傳統影像攝取鏡頭配置的示意圖。
第2圖係顯示根據第一實施例的影像攝取透鏡模組的堆疊複合透鏡的配置示意圖。
100．．．影像攝取透鏡模組
110．．．第一複合透鏡
120．．．第二複合透鏡
130．．．第三複合透鏡
140．．．覆蓋玻璃
150．．．影像感測器
L10．．．第一透鏡構件
L20．．．第二透鏡構件
L30．．．第三透鏡構件
L40．．．第四透鏡構件
L50．．．第五透鏡構件
L60．．．第六透鏡構件
L70．．．第七透鏡構件

Claims (10)

  1. 一種影像攝取透鏡模組，包括：一第一複合透鏡具有一第一構件及一第二構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第二構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端；一第二複合透鏡具有一第三透鏡構件、一第四透鏡構件、及一第五透鏡構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第三構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該物件端，及該第五構件為一平面-凹面透鏡，於近軸線上具有一凹面表面朝向該影像端；以及一第三複合透鏡具有一第六構件及一第七構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第六構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該物件端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該第一構件、該第四構件、和該第七構件包括高折射係數基板，所述高折射係數大於或等於1.6。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該第二、第三、第五、和第六透鏡構件包括可回焊且紫外(UV)光固化型高分子化合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：EFLg3 >EFLg2 其中：EFLg2 為該第二複合透鏡的有效焦距；以及EFLg3 為該第三複合透鏡的有效焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：EFLg3 >|EFLg1 |其中：EFLg1 為該第一複合透鏡的有效焦距；以及EFLg3 為該第三複合透鏡的有效焦距。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：80>Tair56 /Tair23 >5其中：Tair23 為該第二構件和該第三構件之間的距離；以及Tair56 為該第五構件和該第六構件之間的距離。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像攝取透鏡模組，其中該第一構件、該第四透鏡構件、和該第七透鏡構件包括一光學雙平面板。
  8. 一種影像攝取系統，包括：一第一複合透鏡具有一第一構件及一第二構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第二構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該影像端；一第二複合透鏡具有一第三透鏡構件、一第四透鏡構件、及一第五透鏡構件，組合的順序係自物件端至影像端，其中該第三構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該物件端，及該第五構件為一平面-凹面透鏡，於近軸線上具有一凹面表面朝向該影像端；一第三複合透鏡具有一第六構件及一第七構件，組合 的順序係自物件端至影像端，其中該第六構件為一平面-凸面透鏡，於近軸線上具有一凸面表面朝向該物件端；以及一影像感測器具有一覆蓋玻璃與該第三複合透鏡的該第七構件混合配置，其中該第一複合透鏡、該第二複合透鏡、該第三複合透鏡、及該覆蓋玻璃組合的順序係自物件端排列至影像端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像攝取系統，其中該影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：EFLg3 >EFLg2 ；以及EFLg3 >|EFLg1 |其中：EFLg1 為該第一複合透鏡的有效焦距；EFLg2 為該第二複合透鏡的有效焦距；以及EFLg3 為該第三複合透鏡的有效焦距。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像攝取系統，其中該影像攝取透鏡模組滿足以下關係式：80>Tair56 /Tair23 >5其中：Tair23 為該第二構件和該第三構件之間的距離；以及Tair56 為該第五構件和該第六構件之間的距離。
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