CN101630053A - 微组合镜片装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微组合镜片装置，其包括第一微镜片阵列和第二微镜片阵列，该第一微镜片阵列包含若干个第一微镜片，该第二微镜片阵列包含若干个第二微镜片，该第一微镜片和该第二微镜片均具有用于实现光学功能的光学区和围绕该光学区的非光学区，其中，该第一微镜片的非光学区设有第一定位结构，在该第二微镜片的非光学区且与该第一定位结构位置对应处设有第二定位结构，该第一定位结构和该第二定位结构可相互嵌合以使该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列卡合。本发明还提供一种制造微组合镜片装置的方法。

Description

微组合镜片装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种微镜片及微镜片制造方法，尤其涉及一种具有定位结构的微镜片及其制造方法。
背景技术
如今，小型化镜头模组得到了广泛的应用，微镜片的制造技术成为研究人员的研究热点。目前，一种晶圆级(wafer level)压印技术成为制造微镜片的主要方式，同传统的射出成型不一样，该方法是先制造出一个初始模仁，利用该初始模仁复制得到母模仁或母模仁阵列，再将该母模仁或母模仁阵列复制得到工作模具，即用该工作模仁对镜片成型材料进行压印，得到镜片阵列。再重复此过程，将若干个塑料镜片阵列堆叠、再与其他微光学元件阵列堆叠、进行电气连接、封装、切割，得到微相机模组。
该压印方法能够大批量复制微镜片，有效提高了产量。但是，由于在8英寸或其他尺寸的晶圆上形成有数百数千个微镜片，当将此微镜片阵列和其他微镜片阵列相叠合时，两个光学面之间很容易发生失准，严重影响微相机模组的成像质量。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种同心度佳、组装容易的微组合镜片装置及其制造方法。
一种微组合镜片装置，其包括第一微镜片阵列和第二微镜片阵列，该第一微镜片阵列包含若干个第一微镜片，该第二微镜片阵列包含若干个第二微镜片，该第一微镜片和该第二微镜片均具有用于实现光学功能的光学区和围绕该光学区的非光学区，其中，该第一微镜片的非光学区设有第一定位结构，在该第二微镜片的非光学区且与该第一定位结构位置对应处设有第二定位结构，该第一定位结构和该第二定位结构可相互嵌合以使该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列卡合。
一种制造微组合镜片装置的方法，其包括以下步骤：提供一第一模仁和一第二模仁，该第一模仁具有第一成型区和围绕该第一成型区的第一周边区，该第一周边区设有第一定位结构；提供一第一透明基底，该第一透明基底具有相对的第一表面和第二表面；利用该第一模仁和该第二模仁分别在该第一透明基底的第一表面和第二表面进行压印，得到第一微透镜阵列；提供一第三模仁和一第四模仁，该第三模仁具有第三成型区和围绕该第三成型区的第三周边区，该第三周边区设有第二定位结构，该第二定位结构和该第一定位结构的位置相对应、结构相匹配；提供一第二透明基底，该第二透明基底具有相对的第一表面和第二表面；利用该第三模仁和该第四模仁分别在该第二透明基底的第一表面和第二表面进行压印，得到第二微透镜阵列；该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列通过该第一定位结构和该第二定位结构的嵌合而相互贴合组成微组合镜片装置。
一种微组合镜片的制造方法，其包括以下步骤：提供一第一模仁和一第二模仁，该第一模仁具有第一成型区和围绕该第一成型区的第一周边区，该第一周边区设有第一定位结构；提供一第一透明基底，该第一透明基底具有相对的第一表面和第二表面；利用该第一模仁和该第二模仁分别在该第一透明基底的第一表面和第二表面进行压印，得到第一微透镜阵列；提供一第三模仁和一第四模仁，该第三模仁具有第三成型区和围绕该第三成型区的第三周边区，该第三周边区设有第二定位结构，该第二定位结构和该第一定位结构的位置相对应、结构相匹配；提供一第二透明基底，该第二透明基底具有相对的第一表面和第二表面；利用该第三模仁和该第四模仁分别在该第二透明基底的第一表面和第二表面进行压印，得到第二微透镜阵列；该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列通过该第一定位结构和该第二定位结构的嵌合而相互贴合组成微组合镜片装置；切割该微组合镜片装置，得到微组合镜片。
一种微相机模组，其中，该微相机模组包括微组合镜片、影像感测器及收容该微组合镜片、该影像感测器的收容部，该微组合镜片包括第一镜片和第二镜片，该第一镜片具有第一光学区和围绕该第一光学区的第一非光学区，该第二镜片具有第二光学区和围绕该第二光学区的第二非光学区，该第一非光学区的表面设有第一定位结构，该第二非光学区的表面设有第二定位结构，该第一定位结构和该第二定位结构相卡合使得该第一非光学区的表面和该第二非光学区的表面贴合。
与现有技术相比，本发明提供的微组合镜片装置包括两个微镜片阵列，每一微镜片阵列具有定位结构，容易卡合，防止偏心。
本发明提供的制造微组合镜片装置的方法采用具有定位结构的模仁，经复制压印后得到的微镜片阵列具有定位结构，因此容易准确地和其他具有定位结构的微镜片阵列组合得到微组合镜片装置，不容易偏心。
本发明提供的微组合镜片中的第一镜片和第二镜片分别具有定位结构，两个镜片的定位结构卡合以防止镜片间的偏心。
同样地，本发明提供的微相机模组由于采用具有定位结构的微组合镜片，而使得该镜头模组镜片间的偏心度小，从而获得良好的拍摄效果。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的微组合镜片装置示意图。
图2是图1沿II-II方向的剖视图。
图3是本发明第二实施例提供的第一模仁结构示意图。
图4是本发明第二实施例提供的第一微镜片阵列的结构示意图。
图5是图4沿V-V方向的剖视图。
图6是本发明第二实施例提供的第二模仁结构示意图。
图7是本发明第二实施例提供的第二微镜片阵列的结构示意图。
图8是图7沿VIII-VIII方向的剖视图。
图9是本发明第三实施例提供的第一模仁结构示意图。
图10是本发明第三实施例提供的第一微镜片阵列的结构示意图。
图11是本发明第四实施例提供的微相机模组示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1和图2，微组合镜片装置80是由第一微镜片阵列30和第二微镜片阵列60组合而成的。其中，第一微镜片阵列30包括多个凹凸型微镜片，第二微镜片阵列60包括多个凹凸型微镜片。
每一微镜片具有光学区和围绕光学区的非光学区，光学区用于实现光学功能，例如通光、折射、反射等。每一微镜片的非光学区设有定位结构，具体地，第一微镜片阵列30上的每个微镜片的非光学区设有一对凹陷结构3013，其相对于其所在的微镜片上的光学区中心对称；在第二微镜片阵列60的每个微镜片的非光学区，且与该一对凹陷结构3013位置对应处设有一对凸起结构6013，其相对于其所在的微镜片上的光学区中心对称。凹陷结构3013和凸起结构6013的嵌合，使得两组微镜片阵列相互贴合组成微组合镜片装置80。只要凹陷结构3013和凸起结构6013能够相互对准卡合，就可以避免两组镜片之间的偏心问题。
可以理解，还可以是平凹型微镜片组成的镜片阵列和另一个平凹型微镜片组成的镜片阵列通过相贴合面的定位结构的嵌合形成微组合镜片装置。
凸起结构、凹陷结构并不一定要相对于每个微镜片的光学区中心对称，也不必占用镜片表面较多面积，能相互嵌合即可。
凸起结构的微观结构可以是圆柱状结构、立方体结构、锥体结构等，且凸起结构的体积相对于整个镜片而言是很小的。
本实施例提供的凹陷结构、凸起结构的个数对应于一个独立的微镜片而言都为两个，但可根据实际需要设置一个或者更多。
以下将通过第二实施例说明制造微组合镜片装置80的方法。
首先，本发明第二实施例提供一个用于制造第一微镜片阵列30的模仁20。
请参阅图3，模仁20具有成型面201和围绕成型面201的周边区域202，周边区域202设有两个凸起203，且这两个凸起203相对成型面201的中心对称。
成型面201为非球面凸面结构。
模仁20可看作是利用超精密加工机台加工得到的金属模仁。由于模仁在生产过程中频繁使用，其受到的损伤较多，因此一般利用金属模仁讲过两次压印复制得到一个工作模仁，再利用该工作模仁压印得到镜片。由于工作模仁是金属模仁的完全复制品，因此模仁20也可看作是工作模仁。
特殊地，对于压印微镜片阵列而言，金属模仁很可能仅仅是一个镜片单元的成型面，将金属模仁多次复制得到母模仁，此时母模仁是一个阵列，再将母模仁进行阵列式的复制得到工作模仁，此时工作模仁也是一个晶圆大小的阵列，因此，当在晶圆上复制压印微镜片时，不需要反复移动工作模仁，由于工作模仁上的成型面的个数正好符合一个晶圆所能制得的微镜片的数目，因此大大缩减了生产时间。
可以理解，凸起结构并不一定要相对于成型面的中心对称，也不必占用镜片表面较多面积，能起到定位的作用即可。
请参阅图4和图5，其中，图5是图4沿V-V方向的剖视图，本发明第二实施例提供的微镜片阵列30是两次压印得到的产品，其包括第一面301和第二面302。
其中，第一面301是利用模仁20压印得到的。
具体步骤为：提供一透明基底，例如硅晶圆，透明基底具有相对的第一面和第二面，在第一面涂布光学成型材料，然后利用模仁20压印该光学成型材料，固化该光学成型材料之后得到微镜片阵列30的第一面301。
如果透明基底的材料与光学成型材料相同，则不必另外涂布光学成型材料，可利用模仁20直接压印透明基底的第一面或第二面，得到微镜片阵列30的一个面。
每个镜片都具有与模仁20的成型面201所匹配的光学区3011，以及与周边区202的结构相匹配的非光学区3012，并且，非光学区3012上形成有与凸起结构203相匹配的两个凹陷结构3013。
然后再采用相同的方法利用模仁在透明基底的第二面压印光学成型材料得到微镜片阵列30的第二面302。此模仁的结构需要根据光学设计的需要来制造，可与模仁20相同，也可不同。
最后，在第二面302形成了分别和光学区3011、非光学区3012相对的光学区3021、非光学区3022。
一般地，在透明基底的第一面和第二面涂布相同的光学成型材料，也可以不同。
其次，本发明第二实施例提供一个制造第二微镜片阵列60的模仁50。
请参阅图6、图7和图8，本发明第二实施例提供的模仁50和模仁20基本相同，其不同之处在于：模仁50的定位结构是两个凹陷结构503。
利用模仁50压印得到微镜片阵列60其中的一个面601，步骤和压印微镜片阵列30的步骤相同，与微镜片阵列30不同的是：每个微镜片的非光学区6012的表面形成两个凸起结构6013。
另外，制作微镜片阵列60的光学成型材料与制作微镜片阵列30的光学成型材料可以相同，也可以不同。
这样，第一微镜片阵列30和第二微镜片阵列60都制作完毕，现可将其通过第一定位结构3013、第二定位结构6013的嵌合相合，得到微组合镜片装置80。
也可以切割该微组合镜片装置80，得到若干微组合镜片。
还可以将微镜片阵列组合80和其他微光学元件，例如间隔片、红外滤光片、晶圆级影像感测器堆叠配合、进行电气连接，封装，切割，得到镜头模组。
请参阅图9和图10，本发明第三实施例提供的第一模仁91的结构与第二实施例提供的第一模仁20基本相同，不同之处在于：第一模仁91仅有一个凸起903。
经过复制压印之后，利用第一模仁91制造的第一微镜片阵列904上，每个镜片单元只有一个凹陷结构9031作为定位点，由于对于整个阵列而言，凸起结构的数目足够多，因此也能够起到良好的定位效果。
请参阅图11，本发明第四实施例提供的微相机模组10包括收容部100和收容于收容部100的微组合镜片11，间隔片12以及影像感测器13。其中，微组合镜片11包括第一镜片101和第二镜片102。
第一镜片101具有第一光学区1001和围绕该第一光学区1001的第一非光学区1002。其中，第一光学区1001具有相对的两个光学表面，第一非光学区1002具有相对的两个表面1004和1005。
第二镜片102具有第二光学区1006和围绕该第二光学区1006的第二非光学区1007。其中，第二光学区1006具有相对的两个光学表面，第二非光学区1007具有相对的两个表面1009和1010。
该第一非光学区1002的一个表面1005设有两个凸起结构103，该第二非光学区1007的表面1010对应地设有两个凹陷结构104。
凸起结构103和凹陷结构104的形状、位置完全对应，以使第一非光学区1002的表面和该第二非光学区1007的表面贴合。此微组合镜片的同心度较高。
凸起结构103是一个高出非光学表面1005的凸起，且该凸起结构103和镜片的边缘无连接，这是由于切割微镜片阵列时必然要避开凸起结构或凹陷结构，以免损坏微镜片阵列。
具体地，凸起结构的微观结构可以是圆柱状结构、立方体结构、锥体结构等，且凸起结构的体积相对于整个镜片而言是很小的。
相应地，凹陷结构104与第二镜片102的边缘无连接，且结构和凸起结构103的相匹配，其体积相对于整个镜片而言是很小的。
可以理解，第一镜片101也可以设有凹陷结构，相应地，第二镜片102需要设置凸起结构。
可以理解，本实施例提供的凹陷结构、凸起结构的个数分别为两个，还可根据实际需要设置一个或者更多。
微组合镜片11、间隔片12、影像感测器13是通过电气连接堆叠在一起，各层之间可采用粘合的方式连接。
优选地，微组合镜片11、间隔片12、影像感测器13先是阵列式大批量地制造出来，堆叠之后再切割成若干个微相机模组单元，在这些堆叠层外部加设一个收容部100即可使用。收容部100的作用主要在于保护微组合镜片、间隔片、影像感测器不受损伤。一般地，在实际生产中，当微组合镜片11、间隔片12、影像感测器13所在的阵列堆叠之后，将其切割成正方体结构或长方体结构的微相机模组单元比较方便，因此，收容部100一般具有一个长方体或正方体收容空间。
可以理解，间隔片12起到了增加微组合镜片11和影像感测器13之间的距离的作用，但如果根据光学设计不需要增加微组合镜片11和影像感测器13之间的距离，则可省略间隔片12。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种微组合镜片装置，其包括第一微镜片阵列和第二微镜片阵列，该第一微镜片阵列包含若干个第一微镜片，该第二微镜片阵列包含若干个第二微镜片，该第一微镜片和该第二微镜片均具有用于实现光学功能的光学区和围绕该光学区的非光学区，其特征在于：该第一微镜片的非光学区设有第一定位结构，在该第二微镜片的非光学区且与该第一定位结构位置对应处设有第二定位结构，该第一定位结构和该第二定位结构可相互嵌合以使该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列卡合。
2.如权利要求1所述的微组合镜片装置，其特征在于：该第一定位结构为一个凹陷，该第二定位结构为一个凸起。
3.如权利要求1所述的微组合镜片装置，其特征在于：该第一定位结构为若干凹陷，该第二定位结构为若干凸起，且该若干凹陷、该若干凸起均相对于其所在微镜片的中心对称。
4.如权利要求1所述的微组合镜片装置，其特征在于：该第一定位结构为一个凸起，该第二定位结构为一个凹陷。
5.如权利要求1所述的微组合镜片装置，其特征在于：该第一定位结构为若干凸起，该第二定位结构为若干凹陷，且该若干凸起、该若干凹陷均相对于其所在微镜片的中心对称。
6.一种制造微组合镜片装置的方法，其包括以下步骤：
提供一第一模仁和一第二模仁，该第一模仁具有第一成型区和围绕该第一成型区的第一周边区，该第一周边区设有第一定位结构；
提供一第一透明基底，该第一透明基底具有相对的第一表面和第二表面；
利用该第一模仁和该第二模仁分别在该第一透明基底的第一表面和第二表面进行压印，固化后得到第一微透镜阵列；
提供一第三模仁和一第四模仁，该第三模仁具有第三成型区和围绕该第三成型区的第三周边区，该第三周边区设有第二定位结构，该第二定位结构和该第一定位结构的位置相对应、结构相匹配；
提供一第二透明基底，该第二透明基底具有相对的第一表面和第二表面；
利用该第三模仁和该第四模仁分别在该第二透明基底的第一表面和第二表面进行压印，固化后得到第二微透镜阵列；
该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列通过该第一定位结构和该第二定位结构的嵌合而相互贴合组成微组合镜片装置。
7.如权利要求6所述的制造微组合镜片装置的方法，其特征在于，利用该第一模仁和该第二模仁分别在该第一透明基底的第一表面和第二表面进行压印前，先于该第一透明基底的第一表面和第二表面涂布光学成型材料。
8.如权利要求7所述的制造微组合镜片装置的方法，其特征在于，利用该第三模仁和该第四模仁分别在该第二透明基底的第一表面和第二表面进行压印前，先于该第二透明基底的第一表面和第二表面涂布光学成型材料。
9.一种微组合镜片的制造方法，其包括以下步骤：
提供一第一模仁和一第二模仁，该第一模仁具有第一成型区和围绕该第一成型区的第一周边区，该第一周边区设有第一定位结构；
提供一第一透明基底，该第一透明基底具有相对的第一表面和第二表面；
利用该第一模仁和该第二模仁分别在该第一透明基底的第一表面和第二表面进行压印，固化后得到第一微透镜阵列；
提供一第三模仁和一第四模仁，该第三模仁具有第三成型区和围绕该第三成型区的第三周边区，该第三周边区设有第二定位结构，该第二定位结构和该第一定位结构的位置相对应、结构相匹配；
提供一第二透明基底，该第二透明基底具有相对的第一表面和第二表面；
利用该第三模仁和该第四模仁分别在该第二透明基底的第一表面和第二表面进行压印，固化后得到第二微透镜阵列；
该第一微镜片阵列和该第二微镜片阵列通过该第一定位结构和该第二定位结构的嵌合而相互贴合组成微组合镜片装置；
切割该微组合镜片装置，得到微组合镜片。
10.如权利要求9所述的微组合镜片的制造方法，其特征在于：切割该微组合镜片装置的切割线将每个微组合镜片限定在一个长方形区域。
11.一种微相机模组，其特征在于：该微相机模组包括如权利要求9所述的微组合镜片、影像感测器及收容该微组合镜片、该影像感测器的收容部，该微组合镜片包括第一镜片和第二镜片，该第一镜片具有第一光学区和围绕该第一光学区的第一非光学区，该第二镜片具有第二光学区和围绕该第二光学区的第二非光学区，该第一非光学区的表面设有第一定位结构，该第二非光学区的表面设有第二定位结构，该第一定位结构和该第二定位结构相卡合使得该第一非光学区的表面和该第二非光学区的表面贴合。
12.如权利要求11所述的微相机模组，其特征在于：该收容部限定了一个长方体收容空间以收容该微组合镜片、影像感测器。
13.如权利要求11或12所述的微相机模组，其特征在于：该微相机模组还包括一间隔片，其位于微组合镜片及影像感测器之间且收容于该收容部。
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