CN101173991B - 有ir截止滤光片的透镜组件及制造方法和相关照相机组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有多个红外截止滤光片的透镜组件及其制造方法和相关照相机组件。所述红外截止滤光片以薄膜形式真空沉积在安装于照相机组件内的多个非球面塑料透镜中的两个非球面塑料透镜的表面上。通过减少零件数，可以最小化照相机组件的高度，并且因为工序数减少，所以可以节省制造成本。
Description
相关申请交叉参考
本申请要求于2006年10月31日向韩国知识产权局提交的第10-2006-0106467号韩国专利申请的权益，其公开内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种具有透镜的照相机组件，在透镜上涂覆有薄膜形式的红外(IR)截止滤光片。该IR截止滤光片以薄膜形式被真空沉积在安装于照相机组件内的多个非球面塑料透镜中的两个非球面塑料透镜的表面上。因此，照相机组件的高度可以最小化，并且由于零件的数量减少而减少了工序数，所以可以节省制造成本。
背景技术
随着最新技术的发展，便携式终端(诸如移动电话和个人数字助理(PDA))用作音乐、电影、TV和游戏以及电话方面的多功能汇聚型设备(multi convergence)。多功能汇聚型设备的一个典型技术是照相机组件。照相机组件的分辨率从300,000像素(VGA)变为大于8,000,000像素。同时，实现了功能的多样性，诸如自动聚焦(AF)和光学变焦。
通常，紧凑型照相机组件(CCM)是小尺寸的且用在移动通信终端(例如，照相手机、PDA、智能电话等)和各种IT装置(例如，玩具照相机等)中。近来，根据消费者的各种喜好，具有内置紧凑型照相机组件的移动终端的制造正逐渐增加。
作为照相机组件的主要部件，使用电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。图像传感器集中目标图像并将其数据储存在存储器中。所储存的数据通过显示媒介(例如，液晶显示器(LCD)或PC监视器)显示为图像。
以板上芯片(COB)型、柔性膜上芯片(COF)型等来制造照相机组件。将简单描述COF型照相机组件。
图1是传统COF型照相机组件的横截面图，图2是附于传统COF型照相机组件的基板的分解透视图，而图3是示出了应用于传统照相机组件的IR滤光片的透光性的曲线图。
参照图1至图3，照相机组件1包括通过倒装芯片结合法安装在基板7上的CCD或CMOS图像传感器2。基板7结合于塑料壳体3的底部。具有向下延伸圆柱体5的透镜镜筒6结合于从壳体3向上延伸的镜筒4。
在照相机组件1中，壳体3和透镜镜筒6通过形成在镜筒4内表面上的内螺纹和形成在圆柱体5外表面上的外螺纹而结合在一起。
IR截止滤光片(在下文中，称为IR滤光片)结合在安装于基板7顶表面(即，透镜镜筒6的底部)上的透镜L与附于PCB 7底部的图像传感器2之间。这样，具有过长波长的IR射线被阻止进入图像传感器2内。
在如此组装的照相机组件中，在来自具体目标的光线经过透镜L的同时，目标的图像被颠倒，并且光线聚焦在图像传感器2的表面上。此时，在螺纹连接于壳体3上部的透镜镜筒6进行转动的同时，在调节出最佳聚焦的位置处，将粘合剂注入到壳体3与透镜镜筒6之间的间隙内。这样，壳体3和透镜镜筒6以聚焦状态被粘合在一起，从而制成最终的照相机组件产品。
透镜镜筒6内的多层透镜L用来将图像投射到图像传感器2上，并且图像传感器2用来接收来自透镜L的光线，以再现图像的色彩。
图像传感器2通过使用红色、绿色和蓝色的滤光片来组合三种颜色，以再现色彩。在红色的情况下，由于通过传感器来识别波长大于人类识别波长的光线，所以再现了与由人类识别的色彩不同的色彩。因此，必须使用IR滤光片来从入射光线中去除光学干扰(noise)，以便再现与由人类识别的色彩相同的色彩。
即，IR滤光片从通过多个透镜组入射的光线中去除近红外波长。当将电信号转换成光信号时，CCD或CMOS图像传感器可以检测1150nm的红外光以及人类肉眼可见的400-700nm的可见光。因此，具有与实际色彩或图像没有关系的信号充满了检测器。为此，具有不同折射率的两种材料(TiO2/SiO2或Ta2O5/SiO2)交替地沉积在玻璃基板上直到30-40层，以便去除近红外波长。这样，将光学滤光片形成为传输可见光而反射大于650nm的近红外光，如图4所示。
在根据图像传感器的位置而制造COF、COB或CSP型照相机组件的过程中，通常执行使用紫外线(UV)固化粘合剂的粘合工艺，以将透明玻璃型IR滤光片固定在光学路径上，光线通过该光学路径被引入到图像传感器的光接收部内。因此，阻挡了具有长波长的IR光线，并防止了外界的湿气进入图像传感器的感测表面内。
同时，随着消费者所需的分辨率和像素数量的增加，安装在移动通信终端(诸如手持式终端)上的照相机组件变得小型化。作为一个实例，以如下方式设计照相机组件，即，通过在安装于壳体内的玻璃8上形成IR滤光涂层，或者在安装于透镜镜筒内的多个玻璃透镜的表面上形成IR涂层，而使空间减小的量为IR滤光片的厚度。
但是，在安装形成有IR涂层的玻璃或使用形成有IR涂层的玻璃透镜L的情况下，必须将玻璃或塑料玻璃单独安装在附有图像传感器的基板上。因此，在减小照相机组件的尺寸方面存在限制，即，从基板到透镜镜筒6顶部的高度方面存在限制。
此外，由于必须总是安装等于或小于基板7的玻璃，所以在使用玻璃方面出现了附加成本，而且必须进一步执行附着形成有IR涂层的玻璃的工艺。这导致增加了照相机组件的制造成本。
而且，用于截止IR光的IR涂层在高温下形成，以便交替地堆置两种不同的材料，直到30-40层薄膜。因此，如果将玻璃透镜L更换成塑料透镜，则非球面塑料透镜会由于形成IR涂层时产生的高温而熔化，从而损坏其表面。
为了解决熔化和损坏非球面塑料透镜的问题，利用低温等离子体在非球面塑料透镜上沉积薄膜。但是，难以实施低温等离子体沉积工艺，而且低温等离子体沉积装置很昂贵，这增加了照相机组件的制造成本。
发明内容
本发明的优点在于提供一种具有IR滤光片的透镜组件。具体地说，将多个非球面塑料透镜堆叠在照相机组件的透镜镜筒内，并且将IR截止薄膜沉积在两个非球面塑料透镜的表面上以便截止IR光。因此，除去了照相机组件内的玻璃型IR滤光片，从而使照相机组件的高度最小化。
本发明的另一优点在于提供一种照相机组件，由于两个透镜与其表面上的IR滤光片一体形成，所以可以减少零件的数量。而且，省去了照相机组件制造过程中附着IR滤光片的工艺，从而降低了组件产品的制造成本。
将在随后的描述中部分地阐述本发明总发明构思的其它方面和优点，并且从该描述中，这些其它方面和优点将部分地显而易见，或者可以通过实施本发明的总发明构思而获知。
根据本发明的一个方面，照相机组件包括：透镜组件，其上具有IR滤光片；透镜镜筒，其中顺序地堆叠有多个塑料透镜，这些塑料透镜包括具有IR滤光片的至少两个透镜；壳体，其相对于光轴竖直地连接于透镜镜筒；以及印刷电路板(PCB)，其紧紧地附着于壳体的底部，图像传感器安装在PCB的中部。
多层薄IR滤光片可以通过真空沉积工艺形成在至少两个非球面塑料透镜的透镜表面上。
IR滤光片可以包括基本仅位于非球面透镜的表面中的曲面区域上的多个IR截止层。IR滤光片可以包括堆叠在每一个塑料透镜上的10-15个IR截止层。
真空沉积工艺可以包括电阻器加热沉积工艺、电子束蒸发工艺、离子束沉积工艺、激光沉积工艺、以及RF感应加热沉积工艺。
聚集在照相机组件内的图像传感器上的入射光中的长波长IR光可以由沉积在两个透镜的表面上的多层薄IR滤光片截止，同时穿过堆叠在透镜镜筒内的多个透镜。因此，组装照相机组件，但不包括单独的IR滤光片，从而实现超薄的照相机组件。此外，由于IR滤光片沉积在两个透镜的表面上，所以图像传感器与IR滤光片之间的间距可以很宽，从而防止了异物所造成的缺陷。
而且，由于多层滤光片通过真空沉积工艺而沉积在两个非球面塑料透镜的表面上，所以IR滤光片的薄膜可以在聚合物基塑料透镜的晶体结构不受影响的温度范围内密集地生长。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本发明总发明构思的这些和/或其它方面和优点将变得更显然且易于理解，附图中：
图1是传统COF型照相机组件的横截面图；
图2是附于传统COF型照相机组件的基板的分解透视图；
图3是示出了应用于传统照相机组件的IR滤光片的透光性的曲线图；
图4是根据本发明实施例的具有IR截止滤光片的透镜的照相机组件的横截面图；
图5是示出了根据本发明实施例的第一IR截止滤光片的透光性的曲线图；
图6是示出了根据本发明实施例的第二IR截止滤光片的透光性的曲线图；以及
图7是示出了同时穿过根据本发明实施例的第一和第二IR截止滤光片的入射光的IR透光性的曲线图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明总发明构思的实施例，其实例在附图中示出，其中，相同附图标号始终表示相同元件。下面参照附图描述这些实施例，以便解释本发明的总发明构思。附图中，为了清楚起见，放大了层和区域的厚度。
图4是根据本发明实施例的具有IR截止滤光片的透镜的照相机组件的横截面图。
参照图4，至少两个非球面透镜20至23顺序地堆叠在透镜镜筒10内。第一IR截止滤光片24形成在非球面透镜21的一个表面上，而第二IR截止滤光片25形成在非球面透镜23的一个表面上。第一和第二IR截止滤光片24和25以多层薄膜形式堆叠。
堆叠在透镜镜筒10内的非球面透镜20至23可以包括注射模制的聚合物而形成的非球面塑料透镜，或者可以包括非球面塑料透镜和玻璃透镜的组合。第一和第二IR截止滤光片24和25基本仅沉积在非球面塑料透镜20至23中至少两个透镜的表面中的曲面区域上。
第一和第二IR截止滤光片24和25通过真空沉积工艺沉积在非球面塑料透镜20至23的表面上。用于第一和第二IR截止滤光片24和25的真空沉积工艺可以在130℃下进行，此温度低于非球面塑料透镜20至23的转变点(transition point)。
为了使第一和第二IR截止滤光片24和25的密集薄膜生长，同时保持非球面塑料透镜20至23的薄膜形成表面的温度低于转变点，优选地，温度条件低于130℃(此温度低于非球面塑料透镜20至23的转变点)。
下面将详细描述在非球面塑料透镜21和23的表面上形成薄IR截止滤光片24和25的条件和过程。
第一和第二IR截止滤光片24和25包括10-15层IR截止滤光片，其中低折射层和高折射层具有大约1-1.5μm的厚度。
第一和第二IR截止滤光片24和25与非球面塑料透镜21和23之间的粘附可以由于自然形成在非球面塑料透镜21和23的两侧上的薄膜而弱化。为了使粘附的弱化最小化，将非球面塑料透镜21和23置于一腔室(未示出)内，并通过使用离子束对非球面塑料透镜21和23的表面施加冲击，以除去先前形成在其上的薄膜。
在通过使用离子束除去先前形成在非球面塑料透镜21和23表面上的薄膜的过程中，使用容易控制方向的离子枪，以使离子束撞击非球面塑料透镜21和23表面上生长的薄膜上。这样，通过具有恒定能量和流密度的离子束而从非球面塑料透镜21和23的表面上除去薄膜。
由于非球面塑料透镜21和23的表面可以保持清洁，所以可以提高非球面塑料透镜21和23的表面与多层IR截止滤光片24和25之间的粘附。因此，多层IR截止滤光片24和25可以更牢固地沉积在非球面塑料透镜21和23的表面上，且具体地，如图4所示，基本仅沉积在这些表面中的曲面区域上。
在除去先前形成在非球面塑料透镜21和23表面上的薄膜之后，将IR截止滤光片沉积在非球面塑料透镜21和23的表面上。此时，在交替堆叠高折射部件和低折射部件的同时沉积IR截止滤光片。高折射材料的实例包括TiO2、TaO2、ZrO2和Ta2O5，而低折射材料的实例包括SiO2和Al2O3。
在交替沉积高折射层和低折射层的过程中，使用真空沉积工艺通过在一腔室内加热沉积材料来蒸发该沉积材料。IR截止滤光片以10-15层结构沉积在置于腔室内部的非球面塑料透镜21和23的表面上。这样，形成了第一和第二IR截止滤光片24和25。
将第一和第二IR截止滤光片24和25沉积成10-15层结构的原因如下。当通过真空沉积工艺沉积30-40层IR截止滤光片时，由于长时间的沉积过程而造成腔室的内部温度升得高于非球面塑料透镜21和23的转变点。因此，非球面塑料透镜21和23由于高于以上转变点的腔室高温而熔化。从而，非球面塑料透镜21和23变形。
通过将第一和第二IR截止滤光片24和25以10-15层结构沉积在非球面塑料透镜21和23的表面上，沉积处理时间与传统的30-40层IR滤光片的情况相比减少很多。因此，腔室的内部温度可以保持低于非球面塑料透镜21和23的转变点。这样，可以在非球面塑料透镜21和23不变形的情况下，完成第一和第二IR截止滤光片24和25的沉积。
而且，第一和第二IR截止滤光片24和25必须被形成为，使得可以通过在非球面的表面上发现(finding)最佳薄膜涂层表面而获得多层薄膜的光学涂层。最佳薄膜涂层表面被限定为透镜表面中的曲面区域。
同时，真空沉积工艺的实例包括电阻器加热沉积工艺、电子束蒸发工艺、离子束沉积工艺、激光沉积工艺、以及RF感应加热沉积工艺。
在电阻器加热沉积工艺、电子束加热蒸发工艺、离子束沉积工艺、激光沉积工艺、以及RF感应加热沉积工艺中，使用具有高熔点的热源。该热源形成为适当的形状并用作蒸发源。放置沉积材料，并通过将电流施加于沉积源而加热该沉积材料，或通过使用电子束、离子束、或激光束来加热沉积源而蒸发该沉积材料。这样，沉积了薄膜。
在使用上述真空沉积方法之一形成多个IR截止层(其在非球面塑料透镜21和23的表面上形成第一和第二IR截止滤光片24和25)的过程中，当使用离子束作为辅助方式将冲击施加于薄膜时，IR截止层的密度增加。因此，可以沉积抗击外部环境的薄膜。
图5是示出了根据本发明实施例的第一IR截止滤光片的透光性的曲线图。如图5所示，沉积在非球面塑料透镜21的一个表面上的第一IR截止滤光片24在波长小于620nm以及波长为980±10nm处呈现出大于95％的高透光性，而在波长为620-970nm以及波长大于990nm处呈现出低透光性。
图6是示出了根据本发明实施例的第二IR截止滤光片的透光性的曲线图。如图6所示，沉积在非球面塑料透镜23的一个表面上的第二IR截止滤光片25在波长小于680nm处呈现出大于95％的高透光性，而在波长大于680nm处呈现出低透光性。
图7是示出了同时穿过根据本发明实施例的第一和第二IR截止滤光片的入射光的IR透光性的曲线图。如图7所示，当非球面塑料透镜21和23安装在透镜镜筒10内时，由于沉积在非球面塑料透镜21和23的表面上的第一和第二IR截止滤光片24和25，在波长小于620nm处透光性大于95％，而在波长大于620nm处透光性小于10％。即，可以发现，沉积在非球面塑料透镜21和23的表面上的第一和第二IR截止滤光片24和25可以有效地截止IR射线。
使用第一和第二IR截止滤光片24和25的照相机组件的IR截止效率接近使用传统IR滤光片的照相机组件的IR截止效率。
如以上参照图4所述，具有非球面塑料透镜21和23(其上形成有第一和第二IR截止滤光片24和25)的照相机组件包括：透镜镜筒10、壳体26、以及印刷电路板(PCB)。包括其上形成有第一和第二IR截止滤光片24和25的非球面塑料透镜21和23在内的塑料透镜20至23顺序地堆叠在透镜镜筒10中。壳体26连接于透镜镜筒10。PCB 27紧密地附于壳体26的底部。中部被壳体26露出的图像传感器28安装在PCB上。
在该照相机组件中，除去了传统PCB 27上原来形成的IR滤光片，并且在非球面塑料透镜21和23的表面上形成第一和第二IR截止滤光片24和25。因此，在不需设置IR滤光片的空间的情况下，组装照相机组件，从而减轻了组件高度。
如上所述，用于在照相机组件的透镜镜筒内顺序地截止IR射线的第一和第二IR截止滤光片沉积在非球面塑料透镜的表面上，从而减轻了照相机组件的高度。
而且，由于省去了用于固定单独IR滤光片的粘接工序和粘接固化工序，所以制造工序数减少。因此，可以降低组件制造成本，并且由于零件数量减少，所以可以显著地减少工艺缺陷。
此外，由于第一和第二IR截止滤光片以10-15层薄膜形式沉积在低温腔室内，所以不损坏非球面塑料透镜，并且减少了用于提高腔室温度所需的热源，从而节省了制造成本。
尽管已经示出和描述了本发明总发明构思的几个实施例，对本领域技术人员来说很显然，在不偏离本发明总发明构思的原则和精神的前提下，可以对这些实施例进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物所限定。
Claims (9)
1.一种透镜组件，包括：
红外截止滤光片，其堆叠在多个塑料透镜中的至少两个塑料透镜的表面上，所述多个塑料透镜由注射模制的聚合物树脂形成并单独地或与玻璃透镜相结合地堆叠在透镜镜筒内，
其中，所述红外截止滤光片包括多个红外截止层，所述红外截止层基本仅堆叠在非球面塑料透镜表面中的曲面区域上。
2.根据权利要求1所述的透镜组件，
其中，所述红外截止滤光片包括堆叠在每个所述塑料透镜上的10-15层红外截止层。
3.根据权利要求1所述的透镜组件，
其中，所述红外截止滤光片利用真空沉积工艺而被堆叠。
4.根据权利要求3所述的透镜组件，
其中，所述真空沉积工艺包括电阻器加热沉积工艺、电子束蒸发工艺、离子束沉积工艺、激光沉积工艺、以及RF感应加热沉积工艺。
5.一种制造具有红外截止滤光片的透镜组件的方法，所述方法包括：
将非球面塑料透镜安装在腔室内；
加热并蒸发所述腔室内的沉积材料，以在所述塑料透镜的一个表面上沉积薄的红外截止层；以及
重复沉积所述红外截止层的步骤10-15次，以形成10-15层IR截止滤光片。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
在将所述塑料透镜安装在所述腔室内之后，通过使用离子束在所述塑料透镜的所述表面上施加冲击而除去自然形成在所述塑料透镜的所述表面上的薄膜。
7.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述沉积材料通过电阻器加热沉积工艺、电子束蒸发工艺、离子束沉积工艺、激光沉积工艺、以及RF感应加热沉积工艺中的一种而被加热和蒸发。
8.根据权利要求5所述的方法，
其中，形成所述红外截止层的步骤包括：只要沉积所述红外截止层，就使用离子束在所沉积的红外截止层上施加冲击。
9.一种照相机组件，包括：
根据权利要求1所述的具有所述红外截止滤光片的透镜组件；
透镜镜筒，其中顺序地堆叠有多个塑料透镜，所述塑料透镜包括具有所述红外截止滤光片的至少两个透镜；
壳体，相对于光轴竖直地连接于所述透镜镜筒；以及
印刷电路板，紧紧地附着于所述壳体的底部，所述印刷电路板具有安装在其中部上的图像传感器。
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