TWI454748B - 影像擷取透鏡模組及影像擷取裝置封裝物 - Google Patents
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Description
本發明係關於影像擷取透鏡模組(image capture lens modules)，且特別是關於高效晶圓級封裝之影像擷取透鏡模組(high performance wafer-level packaged image capture lens modules)及晶圓級封裝之影像擷取裝置(wafer level packaged image capture devices)。
使用高解析度之電子影像感測器之數位相機通常需要如影像擷取透鏡模組(image capture lens modules)之高解析度光學元件。攜帶型電子裝置之相機模組之設計與製作的挑戰極高。普遍性的因素包括了高產量(high production volume)、固定價格的侵蝕(constant price)、尺寸限制(size limitation)及所需表現與功能性的改變。
位於一數位相機模組內之將景象聚焦於影像儀(imager)上之影像擷取透鏡的數量可少如用於一數位像機模組之一個，或多如用於具有百萬像素解析度之一數位像機模組之四個。通常，為了降低成本，此些透鏡為塑膠的。然而，較高品質數位相機通常使用玻璃做為其第一透鏡之用，由於玻璃具有極佳的光學特性。
第1圖為一示意圖，顯示了習知之一影像透鏡模組(imaging lens module)之形態。請參照第1圖，習知之影像透鏡模組100包括設置於一隔離主體(barrier body)140內之一第一透鏡元件110、一視場光欄(field stop)130及一第二透鏡元件120。隔離主體140與一卡口(flange)160形成了一隔離物(barrier)。此卡口160具有一平截頭孔(frustum hole)170以做為一光圈光欄(aperture stop)之用。第一透鏡元件110與第二透鏡元件120包括非球面表面(aspheric surfaces)。視場光欄130之不透光區的形狀則為環狀。於透鏡模組的背側(rear end)則設置有間隔物(spacers)150。習知之影像擷取透鏡模組使用了堆疊於第一透鏡元件110與第二透鏡元件120之間之共心的塑膠或金屬環之視場光欄130。由於塑膠或金屬之視場光欄130的材料特性，可消除散射光(scattered light)或雜散光(stray-light)以改善影像品質。由於製作與透鏡模組組裝物相容性等因素，典型之一視場光欄130具有一共心的環形狀。
然而，習知之影像擷取透鏡模組仍存在有許多問題，例如內部光散射(inner light scattering)、雜散光影響(stray-lignt effect)及鬼影(ghost images)。鬼影為由來自透鏡、濾鏡、觀景窗及影像感測陣列表面處之雜散光之兩次反射所形成之二次影像(secondary images)。特別地，塑膠或金屬之視場光欄的內部環狀區域係大於影像平面(image plane)的有效感測區，如此導致了透鏡模組內之多重光反射。如此之多重光反射情形可能造成了鬼影與散射光。因此，便需要適用於數位相機之具有無散射光與較少鬼影之晶圓級封裝之透鏡模組。
本發明提供了一種影像擷取透鏡模組，包括：一光圈光欄；一上蓋玻璃；一複合透鏡，具有模塑形成於一基板之兩側之一第一透鏡元件與一第二透鏡元件，該複合透鏡設置於該光圈光欄與該上蓋玻璃之間；以及一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該基板之間或該第二透鏡元件與該基板之間之一介面，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層。
本發明提供了一種影像擷取透鏡模組，包括：一第一複合透鏡，具有模塑形成於一第一基板兩側之一第一透鏡元件及一第二透鏡元件；一第二複合透鏡，具有模塑形成於一第二基板兩側之一第三透鏡元件及一第四透鏡元件；一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該第一基板之間、該第二透鏡元件與該第一基板之間、該第三透鏡元件與該第二基板之間或該第四透鏡元件與該第二基板之間之一介面；以及一間隔物，插入於該第一複合透鏡與該第二複合透鏡之間，以於該第一複合透鏡與第二複合透鏡之間分隔形成一第一間隙，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層。
本發明提供了一種影像擷取裝置封裝物，包括：一光圈光欄；一第一複合透鏡，具有模塑形成於一第一基板兩側之一第一透鏡元件及一第二透鏡元件；一第二複合透鏡，具有模塑於一第二基板兩側之一第三透鏡元件及一第四透鏡元件；一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該第一基板之間、該第二透鏡元件與該第一基板之間、該第三透鏡元件與該第二基板之間或該第四透鏡元件與該第二基板之間之一介面；一間隔物，插入於該第一複合透鏡與該第二複合透鏡之間，以於該第一與複合透鏡第二複合透鏡之間分隔形成一特定間隙；以及一上蓋玻璃，設置於該第二複合透鏡之後端，其中該光圈光欄、該第一複合透鏡、該第二複合透鏡及該上蓋玻璃係自一物體側至一影像側而依序設置，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下：
本發明提供了可避免鬼影及雜散光之具有影像擷取透鏡模組及CMOS感測器之高效晶圓級封裝物之數個實施例。本發明之一實施例之影像擷取裝置係由一影像擷取透鏡模組與一影像感測器所組成。如此之組成允許於空間中選定一特定區域、排除其餘部份及最佳化影像感測器之通量收集能力(flux collecting capability)。影像擷取透鏡模組藉由光欄(stops)而控制了入射光線。舉例來說，光圈光欄(aperture stop)限制了光束的剖面區域而使之免於投射至影像點，進而控制了影像的亮度。一視場光欄限制了光電裝置之影像的角視場(angular field)。於不同應用中之計算程序依照其形態及期望功能而不相同。於影像擷取透鏡模組內之多重反射光線可為位於晶圓級封裝之透鏡元件之內的特定視場光欄所攔截，以改善影像擷取透鏡模組的品質及製造領域及降低製作成本。於透鏡元件之間亦可提供視場光欄之額外設計，其限制了抵達影像感測器之光線品質並改善了影像品質，進而避免了鬼影(ghost images)或透鏡光暈(lens flare)。
第2圖為一示意圖，顯示了本發明之一實施例之影像擷取透鏡模組。請參照第2圖，影像擷取透鏡模組200包括具有模塑形成於一晶圓級基板210兩側之一第一透鏡元件220及一第二透鏡元件230之一複合透鏡(compound lens)。晶圓級基板210包括一玻璃基板、一石英基板或其他光學陶瓷基板。於一實施例中，第一透鏡元件220及第二透鏡元件230包括了可迴銲(reflowable)及可深紫外光(UV)固化或熱固化之聚合化合物(polymer compound)。第一透鏡元件220及第二透鏡元件230包括了非球面表面。於其他實施例中，第一透鏡元件220及第二透鏡元件230包括了藉由模塑方式形成之光學級塑膠(optical grade plastics)。視場光欄(field stop)240a與240b係設置於介於第一透鏡元件220及晶圓級基板(240a)之間或於介於第二透鏡元件230與晶圓級基板(240b)之間之一介面，其中視場光欄係為對應於影像感測器之一有效感測區域之具有多邊形透光區之一塗佈層。此些視場光欄控制了入射光線並定義了視場(field of view)。此些視場光欄係經過設計以確保視場可抵達感測元件之感測區。即，視場光欄阻絕了光線免於抵達一有效感測區之外，以使得視場可侷限於影像感測器之感測區域。
第4A圖之圓形視場光欄410a區域係大於有效感測區450，因此造成了如第4A圖所示之不期望的鬼影與雜散光情形。於部份實施例中，視場光欄的多邊形透光區於形狀上為一長方形光圈(rectangular aperture)、一八邊形光圈(polygonal aperture)或一針墊形光圈(pincushion aperture)，而視場光欄之實際多邊形透光區係大於有效感測區，如第4B-4D圖所示。視場光欄之長方形光圈410b、多邊形(八邊形)光圈410c及針墊形光圈410d不僅可增加了抵達感測區之邊角的光量，並亦阻擋了於有效感測區之週邊的多重反射光。請參照第4B圖，視場光欄410b之實際長方形透光區452具有一長度L，影像感測器之有效感測區451具有一長度D，L大於D且L與D之間的差異為ΔL，其中ΔL<0.1*D。請參照第4C圖，視場光欄410c的實際八邊形透光區462具有一合適的長方形463，其具有一長度L，影像感測器之有效感測區461具有一長度D，L係大於D且L與D之間的差異為ΔL，其中ΔL<0.1*D。請參照第4D圖，視場光欄410d之針墊形透光區472具有一長度L，影像感測區之有效感測區471具有一長度D，L大於D且L與D之間的差異為ΔL，其中ΔL<0.1*D。
可依照有效感測區而調整上述尺寸及深寬比。於另一實施例中，長方形與多邊形之視場光欄光圈可藉由於任何晶圓級基板上施行塗佈、微影與蝕刻等程序而形成。視場光欄光圈亦可直接塗佈於透鏡元件之單一表面或兩表面之上。視場光欄光圈可控制進入CMOS影像感測器內之光線品質，進而防止了鬼影與雜散光。
第3圖為一示意圖，顯示了依據本發明之一實施例之晶圓級封裝之影像擷取裝置。請參照第3圖，晶圓級封裝影像擷取裝置300包括了一光圈光欄(aperture stop)380、具有模塑形成於第一晶圓級基板310兩側之一第一透鏡元件320與一第二透鏡元件330之一第一複合透鏡、及具有模塑形成於第二晶圓級基板350兩側之一第三透鏡元件360與一第四透鏡元件370之一第二複合透鏡。於第一透鏡元件及第一晶圓級基板之間、第二透鏡元件與第一晶圓級基板之、第三透鏡元件及第二晶圓級基板之間或第四透鏡元件與第二晶圓級基板之間之一介面處可設置有數個視場光欄340a-340d。於第一複合透鏡與第二複合透鏡之間可插入數個間隔物345以於第一複合透鏡與第二複合透鏡之間分隔形成一特定空隙。影像感測裝置之上蓋玻璃(cover glass)390則設置於第二複合透鏡的後側，其中光圈380、第一複合透鏡310-330、第二複合透鏡350-370及上蓋玻璃390則依序自一物體側(object side)至一影像測(image side)而設置，而視場光欄340a-340d為對應於影像感測器之一有效感測區之具有多邊形透光區之一塗佈層。視場光欄340a-340d係設置於光圈光欄380與上蓋玻璃390之間。視場光欄之多邊形透光區係為一長方形光圈、一八邊形光圈或一針墊形光圈，如第4B-4D圖所示之形狀。光圈光欄380可調整自外側進入之光線品質。視場光欄340a-340d可控制進入CMOS影像感測器之光量，進而免除了鬼影與散射光。
當第4A圖內之圓形視場光欄與第4B-4D圖內之多邊形視場光欄相比較時，顯示了視場光欄之不透光區410b-410d可攔截較多進入感測區之光量。更特別的是，一正方形視場光欄光圈可過濾至感測器之較多散色光量。模擬結果顯示了抵達具有長方形視場光欄之CMOS感測器之光量較抵達具有圓形視場光欄之CMOS感測器之光量為少。
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，任何熟習此項技藝者，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．．．影像透鏡模組
110．．．影像透鏡模組
120．．．第二透鏡元件
130．．．視場光欄
140．．．隔離主體
150．．．間隔物
160．．．隔離主體
170．．．平截頭孔
200．．．影像擷取透鏡模組
210．．．晶圓級基板
220．．．第一透鏡元件
230．．．第二透鏡元件
240a、240b．．．視場光欄
300．．．晶圓級封裝影像擷取裝置
310．．．第一晶圓級基板
320．．．第一透鏡元件
330．．．第二透鏡元件
340a、340b、340c、340d．．．視場光欄
345．．．間隔物
350．．．第二晶圓級基板
360．．．第三透鏡元件
370．．．第四透鏡元件
380．．．光圈光欄
390．．．上蓋玻璃
410a．．．圓形視場光欄
410b．．．長方形光圈
410c．．．多邊形光圈
410d．．．針墊形光圈
450．．．有效感測區
451．．．有效感測區
452‧‧‧長方形透光區
461‧‧‧有效感測區
462‧‧‧八邊形透光區
463‧‧‧長方形
471‧‧‧有效感測區
472‧‧‧針墊形透光區
D‧‧‧長度
L‧‧‧長度
△L‧‧‧L與D之間的差異
第1圖為一示意圖，顯示了習知之一種影像透鏡之形態；
第2圖為一示意圖，顯示了本發明之一實施例之影像擷取複合透鏡；
第3圖為一示意圖，顯示了依據本發明之一實施例之晶圓級封裝之影像擷取裝置；以及
第4A-4D圖繪示了本發明之視場光欄之多邊形透光區之多個實施例。
200．．．影像擷取透鏡模組
210．．．晶圓級基板
220．．．第一透鏡元件
230．．．第二透鏡元件
240a、240b．．．視場光欄
Claims (12)
- 一種影像擷取透鏡模組，包括：一光圈光欄；一上蓋玻璃；一複合透鏡，具有模塑形成於一基板之兩側之一第一透鏡元件與一第二透鏡元件，該複合透鏡設置於該光圈光欄與該上蓋玻璃之間；以及一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該基板之間或該第二透鏡元件與該基板之間之一介面，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層，而該視場光欄之該多邊形透光區具有一長度L，且一影像感測器之有效感測區具有一長度D，L大於D且L與D之間的差異為△L。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取透鏡模組，其中該基板包括一玻璃基板、一石英基板或其他光學陶瓷基板，而該第一透鏡元件與該第二透鏡元件包括非球面表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取透鏡模組，其中該第一透鏡元件與該第二透鏡元件包括可迴銲及可深紫外光固化之聚合化合物或包括經模塑形成之一光學級塑膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取透鏡模組，其中該視場光欄之該多邊形透光區為正方形、八邊形或針墊形。
- 一種影像擷取透鏡模組，包括：一第一複合透鏡，具有模塑形成於一第一基板兩側之 一第一透鏡元件及一第二透鏡元件；一第二複合透鏡，具有模塑形成於一第二基板兩側之一第三透鏡元件及一第四透鏡元件；一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該第一基板之間、該第二透鏡元件與該第一基板之間、該第三透鏡元件與該第二基板之間或該第四透鏡元件與該第二基板之間之一介面；以及一間隔物，插入於該第一複合透鏡與該第二複合透鏡之間，以於該第一複合透鏡與第二複合透鏡之間分隔形成一第一間隙，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層，而該視場光欄之該多邊形透光區具有一長度L，且一影像感測器之有效感測區具有一長度D，L大於D且L與D之間的差異為△L。
- 如申請專利範圍第5項所述之影像擷取透鏡模組，其中該第一基板與該第二基板包括一玻璃基板、一石英基板或其他光學陶瓷基板，而該第一透鏡元件、該第二透鏡元件、該第三透鏡元件與該第四透鏡元件包括非球面表面。
- 如申請專利範圍第5項所述之影像擷取透鏡模組，其中該第一透鏡元件、該第二透鏡元件、該第三透鏡元件與該第四透鏡元件包括可迴銲及可深紫外光固化之聚合化合物或包括經模塑形成之一光學級塑膠。
- 如申請專利範圍第5項所述之影像擷取透鏡模組，其中該視場光欄之該多邊形透光區為正方形、八邊形或針墊形。
- 一種影像擷取裝置封裝物，包括： 一光圈光欄；一第一複合透鏡，具有模塑形成於一第一基板兩側之一第一透鏡元件及一第二透鏡元件；一第二複合透鏡，具有模塑於一第二基板兩側之一第三透鏡元件及一第四透鏡元件；一視場光欄，設置於該第一透鏡元件與該第一基板之間、該第二透鏡元件與該第一基板之間、該第三透鏡元件與該第二基板之間或該第四透鏡元件與該第二基板之間之一介面；一間隔物，插入於該第一複合透鏡與該第二複合透鏡之間，以於該第一與複合透鏡第二複合透鏡之間分隔形成一特定間隙；以及一上蓋玻璃，設置於該第二複合透鏡之後端，其中該光圈光欄、該第一複合透鏡、該第二複合透鏡及該上蓋玻璃係自一物體側至一影像側而依序設置，其中該視場光欄為具有一多邊形透光區之一塗佈層，而該視場光欄之該多邊形透光區具有一長度L，且一影像感測器之有效感測區具有一長度D，L大於D且L與D之間的差異為△L。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像擷取裝置封裝物，其中該第一基板與該第二基板包括一玻璃基板、一石英基板或其他光學陶瓷基板而該第一透鏡元件、該第二透鏡元件、該第三透鏡元件與該第四透鏡元件包括非球面表面。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像擷取裝置封裝物，其中該第一透鏡元件、該第二透鏡元件、該第三透鏡 元件與該第四透鏡元件包括可迴銲及可深紫外光固化之聚合化合物或包括經模塑形成之一光學級塑膠。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像擷取裝置封裝物，其中該視場光欄之該多邊形透光區為正方形、八邊形或針墊形。
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