CN101246225A - 非球面透镜结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种非球面透镜结构及其制造方法；该非球面透镜结构包括一第一透镜构件，其具有一非球面顶表面；一第二透镜构件，该第一透镜构件设置于其上；其中该第一透镜构件与该第二透镜构件之间的界面为球面；该第二透镜构件包括一非球面背表面，其中该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第二透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同；该第二透镜构件还可包括一平面背表面，且该非球面透镜结构还包括一第三透镜构件，其设置于该第二透镜构件的该平面背表面上；该第三透镜构件包括一非球面的背表面，其中该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第三透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同。

Description

非球面透镜结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种非球面透镜结构及其制造方法，特别涉及一种具有双非球面表面的透镜结构阵列及其制造方法。
背景技术
传统的采用了高分辨率电子影像感侧器的数字照相机需搭配高分辨率的光学透镜，例如非球面透镜。尽管非球面透镜具有许多光学特性的优点，然而利用研磨玻璃及抛光等传统方式制造非球面透镜却非常困难，因此采用全玻璃构件的非球面透镜的光学装置，例如集成数字相机或内置于移动电话的照相装置，其制造成本相对昂贵。
另一种传统的非球面透镜的制造方法是：利用压模法制作透明塑料材质或低熔点玻璃材质的非球面透镜。尽管以压模法制作塑料非球面透镜的成本低廉，然而其制作的透镜的精确度却不足以用于高分辨率相机，尤其是在将塑料非球面透镜应用于主要聚焦构件时。更有甚者，传统压模法仅能依次序模铸树脂，在透明板上制作单面的非球面透镜，并重复制成阵列，以供晶圆级封装，因此，以传统模铸法制造非球面透镜的批量生产能力有限，这也限制了其制造成本的降低。
图1是剖面示意图，其示出了传统的制作塑料非球面透镜的压模法。请参阅图1，首先将透明树脂3灌注于透明基板1上。接着将一模具2移向基板，使其将透明树脂3压铸成透明基板1上的具有非球面表面3a的透镜。当完成压铸步骤后，使模具2返回原点。接着，重复复制上述模铸步骤，以在基板上制成非球面透镜阵列，以供晶圆级封装加工使用。
图2是剖面示意图，其示出了另一传统混合结构的非球面透镜的制作方法，由此在凸透镜上转置一非球面复合层。传统的复合式透镜通过在单一透镜的表面上形成非球面复合层而制成，上述单一透镜的材质为光学玻璃或透镜板，以作为非球面透镜的母材，如此形成的非球面透镜的制造成本相对较低。请参阅图2，形成非球面透镜所使用的模具10具有一平滑凹入的转换面20，以用于形成一非球面的复合层30。将一特定量的紫外光硬化树脂设置于该转换面20上。上述紫外光硬化树脂用以作为非球面的复合层30的光学材料。接着，将采用光学玻璃材料制作的凸透镜40设置于模具10中，并用一支撑框50固定。该紫外光硬化树脂便均匀地固定在转换面20与凸透镜40之间。接着，将紫外光硬化树脂光硬化后，便形成非球面透镜。虽然采用模具制作的非球面透镜具有较佳的光学性质。然而，在凸透镜上形成非球面的复合层的批量生产性仍相对较低，因而其制造成本仍无法降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有双非球面的透镜结构及其制造方法，该具有双非球面的透镜结构利用微影及蚀刻加工而成，其光学性质优于传统的单非球面透镜。
本发明的一方面在于提供一种非球面透镜结构，包括：一第一透镜构件具有一非球面顶表面；一第二透镜构件，该第一透镜构件设置于其上；其中该第一透镜构件与该第二透镜构件之间的界面为球面。该第二透镜构件包括一非球面的背表面，其中该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第二透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同。该第二透镜构件还可包括一平面背表面，该非球面透镜结构还包括一第三透镜构件，其设置于该第二透镜构件的该平面背表面上。该第三透镜构件包括一非球面的背表面，其中该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第三透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同。
本发明的另一方面在于提供一种非球面透镜结构的制造方法，包括：提供一基板；在该基板上形成一通孔；向该通孔中插入一球型透镜，露出该球型透镜的一预留曲面；向该基板上涂布一黑色染料层，挡住该该球型透镜的部分区域；在该基板上顺应性地形成一光阻层，覆盖该球型透镜；以及在该光阻层进行灰阶微影加工，使该光阻层在球型透镜上形成具有一非球面顶表面的一第一透镜构件。
应注意的是。本发明的非球面透镜结构的制造方法还包括研磨该球型透镜的背部，以形成一平面的背表面，作为一第二透镜构件，以及在该第二透镜构件的该平面背表面上形成具有一非球面背表面的一第三透镜构件。或者，移除该球型透镜以形成一空穴，并在该空穴中形成具有一非球面背表面的一第二透镜构件。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文将结合具体实施例，并配合附图，进行详细说明。
附图说明
图1是剖面示意图，其示出了传统的制作塑料非球面透镜的压模法；
图2是剖面示意图，其示出了另一传统混合结构的非球面透镜的制作方法；
图3～10是剖面示意图，其示出了根据本发明一实施例的具有双非球面的透镜结构的制造方法的各个步骤；以及
图11～12是剖面示意图，其示出了根据本发明另一实施例的具有双非球面的透镜结构的制造方法的各个步骤。
其中，附图标记说明如下：
现有技术部分(第1～2图)
1～透明基板；2～模具；3～透明树脂；3a～非球面表面；10～模具；20～转换面；30～非球面的复合层；40～凸透镜；50～支撑框。
本发明部分(第3～12图)
100～基板；105～通孔；200～球面镜；110～黑色染料层；120～光阻层；300～光罩；125～非球面构件；125a～非球面构件的非球面顶表面；210～第三透镜构件；210a～第三透镜构件的非球面背表面；250～第二透镜构件；250a～第二透镜构件的非球面背表面。
具体实施方式
图3～10是剖面示意图，其示出了根据本发明实施例的双非球面透镜结构的制造方法的各个步骤。请参阅图3，首先提供一基板100，其可以是块材硅基板、石英基板或玻璃基板。基板100是可用于制作非球面透镜结构的承载基板。
请参阅图4，在基板100上制作一通孔105。通孔105的直径可等于或小于后续置入的球面镜200。接着，将球面镜200插入通孔105中，露出球面镜200的预定曲面，如图5所示。
接着，请参阅图6，向基板100上涂布一黑色染料层110，挡住球面镜200的一部分。黑色染料层110形成于基板100上，可作为非球面透镜结构的缓冲层。
请参阅图7，顺应性地向基板100上涂布一光阻层120，以覆盖黑色染料层110与球面镜200。一诸如相转移光罩等光罩300设置于将要形成非球面透镜结构的主要区域上方。上述相转移光罩可以是一半透光罩或一灰阶光罩。在经过微影工序后，具有非球面表面125a的非球面构件125，可作为非球面透镜的第一透镜构件，如图8所示。在一实施例中，球面镜200可作为非球面透镜的第二透镜构件，可利用其背面的球面。
在其它实施例中，可选择性地进行热加工及热回流加工，以改变非球面表面125a的表面曲率，使非球面构件125达到最佳的光学性质。甚至还可使用具有特定曲面的模具，对其进行修饰并控制，以改变非球面表面125a的表面曲率，从而改善其光学性质。
请参阅图9，实施一平坦化步骤，以将球面镜200的背面移除，形成一平面。例如，采用化学机械研磨法(CMP)移除球面镜200背面的凸面，使其形成平面。接着，在平坦化后的球面镜200的背面上形成一第三透镜构件210，如图10所示。第三透镜构件210具有一非球面的表面，其可利用压模法成型。应注意的是，非球面构件125的非球面的顶表面125a的曲率半径可与第三透镜构件210的非球面的背表面210a的曲率半径不同。
因此，具有双非球面的透镜结构阵列可通过微影加工直接形成于基板上，以供晶圆级封装。此外，形成非透镜结构阵列的制造方法还包括其它构件及加工步骤，因为这些构件以及加工步骤应该是本领域技术人员所熟知的，为了简明的缘故，在此省略对相关细节的描述。
图11～12是剖面示意图，其示出了根据本发明另一实施例的具有双非球面的透镜结构的制造方法的各个步骤。请参阅图11，本发明另一实施例的球面镜200由可光分解的树脂制成，例如采用可通过紫外光(UV)进行光分解的树脂。该可光分解的树脂球面镜200经过紫外光照射后，可由化学溶剂溶解，留下一空穴。
请参阅图12，另一类形式的第二透镜构件250具有非球面的背表面250a，形成于先前形成的空穴中。该另一类形式的第二透镜构件250可由压模法形成。应注意的是，非球面构件125非球面的顶表面125a的曲率半径可与另一类形式的第二透镜构件250非球面的背表面250a的曲率半径不同。接着，进行后续的加工步骤以完成加工。具有双非球面的透镜结构阵列可通过微影加工直接形成于基板上，以供晶圆及封装。此外，形成非透镜结构阵列的制造方法还包括其它构件及加工步骤，因这些构件以及加工步骤应该是本领域技术人员所熟知的，为了简明的缘故，在此省略对相关细节的描述。
本发明实施例的特征及优点在于利用微影加工直接在基板上形成具有双非球面的透镜结构阵列。因此，批量生产的非球面透镜结构的曲率半径及表面曲度可精确地调整及控制。双非球面的透镜结构阵列可供晶圆及封装之用。与传统的单非球面的透镜结构相比较，其光学性质也获得了显著的改善。
尽管通过具体实施例对本发明进行了如上描述，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内可以进行些许的变化与修饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1. 一种非球面透镜结构，包括：
一第一透镜构件，其具有一非球面顶表面；
一第二透镜构件，该第一透镜构件设置于其上；
其中该第一透镜构件与该第二透镜构件之间的界面为球面。
2. 如权利要求1所述的非球面透镜结构，其中，该第二透镜构件包括一非球面背表面；该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第二透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同。
3. 如权利要求1所述的非球面透镜结构，其中，该第二透镜构件包括一平面背表面；该非球面透镜结构还包括一第三透镜构件，其设置于该第二透镜构件的该平面背表面上。
4. 如权利要求3所述的非球面透镜结构，其中，该第三透镜构件包括一非球面背表面；该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径与该第三透镜构件的该非球面背表面的曲率半径不同。
5. 如权利要求1所述的非球面透镜结构，还包括一基板，以作为该非球面透镜结构的承载结构。
6. 如权利要求5所述的非球面透镜结构，还包括一黑色染料层，其设置于该基板上，以作为该非球面透镜结构的缓冲层。
7. 一种非球面透镜结构的制造方法，包括：
提供一基板；
在该基板上形成一通孔；
向该通孔中插入一球型透镜，并露出该球型透镜的一预留曲面；
向该基板上涂布一黑色染料层，并挡住该球型透镜的部分区域；
在该基板上顺应性地形成一光阻层，覆盖该球型透镜；以及
对该光阻层进行灰阶微影加工，以通过该光阻层在该球型透镜上形成具有一非球面顶表面的一第一透镜构件。
8. 如权利要求7所述的非球面透镜结构的制造方法，还包括：
研磨该球型透镜的背部以形成一平面的背表面，以作为一第二透镜构件；以及
在该第二透镜构件的该平面背表面上形成具有一非球面背表面的一第三透镜构件。
9. 如权利要求7所述的非球面透镜结构的制造方法，还包括：
移除该球型透镜以形成一空穴；以及
在该空穴中形成具有一非球面背表面的一第二透镜构件。
10. 如权利要求7所述的非球面透镜结构的制造方法，还包括采取一热回流步骤，以改变该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径。
11. 如权利要求7所述的非球面透镜结构的制造方法，还包括采取一压模步骤，以改变该第一透镜构件的该非球面顶表面的曲率半径。
12. 如权利要求8所述的非球面透镜结构的制造方法，其中该第三透镜构件通过一压模步骤形成。
13. 如权利要求9所述的非球面透镜结构的制造方法，其中该第二透镜构件通过一压模步骤形成。
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