TWI393932B - 影像擷取鏡頭 - Google Patents

Description

影像擷取鏡頭

本發明有關於一種影像擷取鏡頭，特別是有關於一種具有複數堆疊的曲形(curved)光學表面的影像擷取鏡頭結構。

近年來，具有照相功能的手機或是數位相機等影像擷取設備由於使用固態影像擷取裝置而變的更為普及，例如能夠符合高效能及微型化(miniaturization)等需求的電荷耦合裝置(charge-coupled device,CCD)型影像感測器、互補式金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)型影像感測器等等。在上述影像擷取裝置中，其藉由在影像擷取裝置的偵測表面形成一物體影像來擷取影像並讀取(即，輸出)影像資料，以進行照相。

隨著上述影像擷取設備持續微小化的趨勢發展，縮小所使用的影像擷取鏡頭的尺寸需求也隨之增加。使用於影像擷取裝置中的影像擷取鏡頭通常由單一透鏡所構成。然而，由於需要進一步縮小影像擷取鏡頭的尺寸，影像擷取鏡頭的光學效能需求較傳統所需光學效能來得高。

因此，目前發展出兩片式或多片式影像擷取鏡頭結構，其能夠提供高於單片式透鏡的光學效能。上述兩片式結構通常由具有不同折光能力(refractive power)的兩片透鏡(亦即，其中之一具有正折光能力，而另一則具有負 折光能力)以及夾設於其中的一光闌(aperture stop/diaphragm)所組成，其中透鏡可由加工容易且量產成本低廉的塑膠材料所構成。

然而，為了提高光學效能而增加透鏡的數量會增加影像擷取鏡頭的光學物像距離(optical total track)，即從影像側聚焦平面到最接近物體側的透鏡表面的距離。因此，相較於單片式影像擷取鏡頭而言，兩片式或多片式影像擷取鏡頭的尺寸較長而不利於影像擷取設備的微型化。再者，傳統塑膠或玻璃透鏡是採用一對一組裝的分離式製作方式，因而產能較低。因此，有必要尋求一種新的影像擷取鏡頭，其能夠解決上述的問題。

有鑑於此，本發明的一實施例提供一種影像擷取鏡頭。影像擷取鏡頭包括：具有一第一側及與其相對的一第二側的一玻璃基板、具有一第一折射係數的一第一透鏡材料、以及具有大於第一折射係數的一第二折射係數的一第二透鏡材料。第一透鏡材料形成於玻璃基板的第一側，且具有一曲形上表面。第二透鏡材料覆蓋第一透鏡材料以及玻璃基板，且具有一曲形上表面。

以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明所提供的實施例僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

第1A及2A圖係分別繪示出根據本發明一實施例之影像擷取鏡頭及其等效透鏡示意圖。影像擷取鏡頭包括：具有一第一側及與其相對的一第二側的一玻璃基板100、設置於玻璃基板100的第一側上的一第一透鏡組L1、以及設置於玻璃基板100的第二側上的一第二透鏡組L2。在其他實施例中，玻璃基板100可以其他透明基板取代之，例如石英基板。在本實施例中，玻璃基板100的第一側面向一物體側OB，且玻璃基板100的第二側面向一影像側IM。一光電轉換裝置(未繪示)通常設置於作為影像平面的影像側IM。光電轉換裝置可包括：CCD或CMOS影像感測器或是其他習知固態影像擷取裝置。

再者，玻璃基板100的第一或第二側具有至少一光學阻隔層BL之塗佈，例如紅外光濾光片(infrared cut filter)、紫外光濾光片(UV cut filter)、或是其他光學濾光片或其組合。在本實施例中，光學阻隔層BL為紅外光/紫外光濾光片且形成於玻璃基板100的第二側上。再者，一光闌AS形成於玻璃基板100的第一側上且夾設於第一透鏡組L1與玻璃基板100之間。另外，視場光闌(field stop)(未繪示)可任意形成於玻璃基板100的第二側上，以降低雜光效應(stray light effect)。

第一透鏡組L1可包括至少二個具有不同折射係數的透鏡材料。舉例而言，第一透鏡組L1包括：具有第一折射係數的一第一透鏡材料104及具有第二折射係數的一第二透鏡材料106。在本實施例中，第一折射係數低於第二折射係數，且大體等於或相近於玻璃基板100的折射係數。 再者，第一及第二透鏡材料104及106可包括用於冷壓印(embossing)或熱壓印的紫外光固化型光學材料，例如Exguide^TM (ChemOptics)、Ormocer®(Micro Resist)、PAK-01(Toyo Gosei)、TSR-820(Teijin Seiki)、以及Ino®flex(Inomat)。第一透鏡材料104形成於玻璃基板100的第一側上。第二透鏡材料106具有一曲形上表面，且覆蓋第一透鏡材料104以及玻璃基板100。第一與第二透鏡材料104與106的曲形上表面分別包括相對於玻璃基板100的至少一凸面部。在本實施例中，第一與第二透鏡材料104與106的曲形上表面為圓形凸面，以作為一平凸透鏡或正彎月型(positive meniscus)透鏡，如第2A圖所示。在其他實施例中，第一與第二透鏡材料104與106的上表面也可為平面、凹面、非球面或自由曲面。

第二透鏡組L2同樣包括至少二個具有不同折射係數的透鏡材料。舉例而言，第二透鏡組L2包括：具有第一折射係數的一第三透鏡材料108及具有第二折射係數的一第四透鏡材料110。在本實施例中，第三與第四透鏡材料108與110可分別由相同於第一與第二透鏡材料104與106的材料所構成。再者，第三透鏡材料108形成於玻璃基板100的第二側上，且具有一曲形上表面。另外，第四透鏡材料110具有一曲形上表面，且覆蓋第三透鏡材料108以及玻璃基板100。第三與第四透鏡材料108與110的曲形上表面分別包括相對於玻璃基板100的至少一凸面部。在本實施例中，第三與第四透鏡材料108與110的曲形上表面為圓形凸面，以作為一平凸透鏡或正彎月型透鏡，如第2A 圖所示。在其他實施例中，第三與第四透鏡材料108與110的上表面也可為平面、凹面、非球形面或任意形面。由於第一與第二透鏡組L1與L2是使用玻璃基板100作為載板而形成的，因此本實施例的影像擷取鏡頭可藉由晶圓級製程(wafer level process)製作而成。

第1B及2B圖係分別繪示出根據本發明另一實施例之影像擷取鏡頭及其等效透鏡示意圖，其中相同於第1A及2A圖的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，光學阻隔層BL以及光闌AS係形成於一玻璃基板112的相對表面，而玻璃基板112則設置於物體側OB與玻璃基板100之間。在其他實施例中，玻璃基板112可設置於影像側IM與玻璃基板100之間。再者，在本實施例中，第三與第四透鏡材料108與110的曲形上表面為非球形面且其周圍區包括相對於玻璃基板100的一凸面部，以作為一波形透鏡，如第2B圖所示。同樣地，本實施例的影像擷取鏡頭可藉由晶圓級製程製作而成。

第1C及2C圖係分別繪示出根據本發明又另一實施例之影像擷取鏡頭及其等效透鏡示意圖，其中相同於第1A及2A圖的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，影像擷取鏡頭更包括一玻璃基板120，其設置於影像側IM與玻璃基板100之間。在其他實施例中，玻璃基板120可設置於物體側OB與玻璃基板100之間。玻璃基板120具有一第一側及與其相對的一第二側。具有第二折射係數的一第五透鏡材料122形成於玻璃基板120的第一側上，且具有一曲形上表面。具有第二折射係數的一第 六透鏡材料124形成於玻璃基板120的第二側上，且具有一曲形上表面。在本實施例中，玻璃基板120以及第五與第六透鏡材料122與124構成一第三透鏡組L3。再者，第五與第六透鏡材料122與124可由相同於第二透鏡材料106的材料所構成。第五與第六透鏡材料122與124的曲形上表面包括相對於玻璃基板120的至少一凸面部。舉例而言，第五透鏡材料122的曲形上表面為球形凸面，而第六透鏡材料124的曲形上表面為非球形面且其周圍區包括相對於玻璃基板120的一凸面部，以作為一波形透鏡，如第2C圖所示。同樣地，本實施例的影像擷取鏡頭可藉由晶圓級製程製作而成。

第1D及2D圖係分別繪示出根據本發明又另一實施例之影像擷取鏡頭及其等效透鏡示意圖，其中相同於第1C及2C圖的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，影像擷取鏡頭更包括一玻璃基板130，其設置於物體側OB與玻璃基板100之間，使玻璃基板100位於玻璃基板120與玻璃基板130之間。玻璃基板130上具有至少一光學阻隔層BL之塗佈。再者，一光闌AS形成於玻璃基板130上。具有第二折射係數的一第七透鏡材料132形成於玻璃基板130上，且具有一曲形上表面。在本實施例中，玻璃基板130與第七透鏡材料132構成一第四透鏡組L4再者，第七透鏡材料132可由相同於第二透鏡材料106的材料所構成。第七透鏡材料132的曲形上表面包括相對於玻璃基板130的至少一凸面部。舉例而言，第七透鏡材料132的曲形上表面為球形凸面，以作為一平凸透鏡，如第 2D圖所示。

根據上述實施例，由於透鏡材料及/或光闌/光學阻隔層可整合至一個或一個以上的玻璃基板上，故相較於習知影像擷取鏡頭而言，其整體長度可縮短。因此，可在不增加實質長度的情形下增加透鏡的數量，以提高光學效能進而有助於影像擷取鏡頭的微型化。再者，由於上述實施例的影像擷取鏡頭可藉由晶圓級製程製作而成，因此相較於傳統塑膠透鏡所採用的分離式製作方式而言產能較高。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，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，當可作更動與潤飾，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。

100、112、120、130‧‧‧玻璃基板

104‧‧‧第一透鏡材料

106‧‧‧第二透鏡材料

108‧‧‧第三透鏡材料

110‧‧‧第四透鏡材料

122‧‧‧第五透鏡材料

124‧‧‧第六透鏡材料

132‧‧‧第七透鏡材料

L1‧‧‧第一透鏡組

L2‧‧‧第二透鏡組

L3‧‧‧第三透鏡組

L4‧‧‧第四透鏡組

AS‧‧‧光闌

BL‧‧‧光學阻隔層

IM‧‧‧影像側

OB‧‧‧物體側

第1A至1D圖係分別繪示出根據本發明不同實施例之影像擷取鏡頭剖面示意圖。

第2A至2D圖係分別繪示出第1A至1D圖中影像擷取鏡頭的等效透鏡示意圖。

100‧‧‧玻璃基板

104‧‧‧第一透鏡材料

106‧‧‧第二透鏡材料

108‧‧‧第三透鏡材料

110‧‧‧第四透鏡材料

L1‧‧‧第一透鏡組

L2‧‧‧第二透鏡組

AS‧‧‧光闌

BL‧‧‧光學阻隔層

IM‧‧‧影像側

OB‧‧‧物體側

Claims (18)

1. 一種影像擷取鏡頭，包括：一第一玻璃基板，具有一第一側及與其相對的一第二側；一第一透鏡材料，形成於該第一玻璃基板的該第一側，具有一第一折射係數以及一曲形上表面；一第二透鏡材料，覆蓋該第一透鏡材料以及該第一玻璃基板，具有大於該第一折射係數的一第二折射係數以及一曲形上表面；一第三透鏡材料，形成於該第一玻璃基板的該第二側，具有該第一折射係數以及一曲形上表面；以及一第四透鏡材料，覆蓋該第三透鏡材料以及該第一玻璃基板，具有該第二折射係數以及一曲形上表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第一玻璃基板上具有至少一光學阻隔層之塗佈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，更包括一光闌，夾設於該第一玻璃基板與該第一及該第二透鏡材料之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第三及該第四透鏡材料為紫外光固化型材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第三透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第一玻璃基板的至少一凸面部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第四透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第一玻璃基 板的至少一凸面部。
7. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，更包括：一第二玻璃基板，設置於一物體側或影像側與該第一玻璃基板之間，具有一第一側及與其相對的一第二側；一第五透鏡材料，形成於該第二玻璃基板的該第一側，具有該第二折射係數以及一曲形上表面；以及一第六透鏡材料，形成於該第二玻璃基板的該第二側，具有該第二折射係數以及一曲形上表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取鏡頭，其中該第五及該第六透鏡材料為紫外光固化型材料。
9. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取鏡頭，其中該第五透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第二玻璃基板的至少一凸面部。
10. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取鏡頭，其中該第六透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第二玻璃基板的至少一凸面部。
11. 如申請專利範圍第7項所述之影像擷取鏡頭，更包括：一第三玻璃基板，設置於該第一及該第二玻璃基板上方，使該第一玻璃基板位於該第二及該第三玻璃基板之間，其中該第三玻璃基板上具有至少一光學阻隔層之塗佈；一第七透鏡材料，形成於該第三玻璃基板上，具有該第二折射係數以及一曲形上表面；以及一光闌，形成於該第三玻璃基板上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之影像擷取鏡頭，其中該第七透鏡材料為紫外光固化型材料。
13. 如申請專利範圍第11項所述之影像擷取鏡頭，其中該第七透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第三玻璃基板的至少一凸面部。
14. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，更包括：一第二玻璃基板，設置於一物體側或影像側與該第一玻璃基板之間，其中該第二玻璃基板上具有至少一光學阻隔層之塗佈；以及一光闌，形成於該第二玻璃基板上。
15. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第一折射係數大體相同於該第一玻璃基板的折射係數。
16. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第一及該第二透鏡材料為紫外光固化型材料。
17. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第一透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第一玻璃基板的至少一凸面部。
18. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取鏡頭，其中該第二透鏡材料的該曲形上表面包括相對於該第一玻璃基板的至少一凸面部。