TWI647479B - 四面近紅外晶圓級鏡頭系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於將場景成像到影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，包括：(a)第一晶圓級鏡頭，其具有面向場景的第一凸鏡頭表面和面向影像平面的第二凹鏡頭表面；以及(b)第二晶圓級鏡頭，其配置在第一晶圓級鏡頭與影像平面之間，且包括面向場景的第三凹鏡頭表面和面向影像平面的第四非球面凸鏡頭表面。所述四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的進一步特徵為影像解析度對應於：在物體平面中至少10毫米範圍的場景部分上、物體平面中每毫米2線對之至少60%對比度。

Description

四面近紅外晶圓級鏡頭系統
本發明是有關於一種鏡頭系統，且特別是有關於一種四面近紅外晶圓級鏡頭系統。
虹膜辨識是生物特徵識別的自動化方法，其以與指紋的方式類似的方式利用對每個人而言獨特的人虹膜。虹膜辨識通常是基於對人眼的電子影像捕獲，隨後分析該影像以將虹膜與一個或多個已知的虹膜相比較(例如，借助於模式辨識)。作為用於限制對一個或多個授權使用者的系統訪問或位置訪問的可行技術，虹膜辨識正在嶄露頭角。近年來，消費電子行業已開始採用虹膜辨識作為個人電子裝置(諸如，智慧手機)中的授權工具。雖然大多數此類個人電子裝置配備有相機，但虹膜辨識將其自身的一組要求強加於相機系統。必須以高空間解析度來對相對窄的視場成像以便充分詳細地解析虹膜的特徵，以可靠地確定虹膜是否為授權使用者的虹膜。通常，這需要具有精密模造的玻璃鏡頭和六個以上鏡頭表面的鏡頭模組。
本文中揭露了適合於用於虹膜辨識應用中的鏡頭系統。這些鏡頭系統被配置成用於近紅外光譜範圍中的操作，並使用四個鏡頭表面以至少在人虹膜大小的視場內實現所需的解析度。
在實施方式中，一種用於將場景成像到影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，包括：(a)第一晶圓級鏡頭，其具有面向場景的第一凸 鏡頭表面和面向影像平面的第二凹鏡頭表面；以及(b)第二晶圓級鏡頭，其配置在第一晶圓級鏡頭與影像平面之間，且包括面向場景的第三凹鏡頭表面和面向影像平面的第四非球面凸鏡頭表面。在一個實施方式中，四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的進一步特徵為：影像平面中的影像解析度對應於：在跨越物體平面中的至少10毫米範圍的場景部分上、物體平面中的每毫米2線對之至少60%對比度。在另一實施方式中，四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的有效焦距EFFL和關聯工作距離WD，至少針對240毫米工作距離滿足WD/EFFL<75。在又一實施方式中，第一凸鏡頭表面具有曲率半徑R1，第三凹鏡頭表面具有曲率半徑R3，使得R1/R3的絕對值大於0.43，且四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的有效焦距使得R3/EFFL的絕對值小於0.84。
100‧‧‧裝置
102‧‧‧相機模組
104‧‧‧紅膜辨識膜組
110、400、700‧‧‧鏡頭系統
120、420、720‧‧‧第一晶圓級鏡頭
122、124、132、134、422、424、432、434、722、724、732、734‧‧‧鏡頭元件
123‧‧‧凸鏡頭表面
125、133‧‧‧凹鏡頭表面
126、136、426、436、726、736‧‧‧基板
128、428、728‧‧‧光闌孔徑
129、460、760‧‧‧不透明塗層
130、430、730‧‧‧第二晶圓級鏡頭
135、435、735‧‧‧非球面鏡頭表面
140‧‧‧影像感測器
142‧‧‧主動層
144‧‧‧像素陣列
145‧‧‧光接收表面
146、446、746‧‧‧蓋玻璃
170、470、770‧‧‧光軸
180、222、480、780‧‧‧視場(FOV)
182、482、782‧‧‧鏡頭全長(TTL)
184、294、484、784‧‧‧直徑
190‧‧‧場景
192‧‧‧主體
194‧‧‧紅膜
196‧‧‧工作距離
210、410、710‧‧‧影像平面
220‧‧‧物體平面
280‧‧‧範圍
290‧‧‧坐標系
300‧‧‧解析度測試圖
310‧‧‧黑線
312‧‧‧白線
314‧‧‧線對
320‧‧‧距離
330、340‧‧‧曲線
332、342‧‧‧差值
423、723‧‧‧非球面凸鏡頭表面
425、433、725、733‧‧‧非球面凹鏡頭表面
450、452、750、752‧‧‧基板部分
427、429、437、439、727、729、737、739‧‧‧表面
510、810‧‧‧弧矢射線(資料)
520、820‧‧‧切向射線(資料)
610、910‧‧‧縱向球差的圖表
612、614、616、912、914、916‧‧‧縱向球面像差曲線
620、920‧‧‧f-theta畸變的圖表
622、922‧‧‧畸變曲線
630、930‧‧‧珀茲伐場曲率的圖表
632、633、634、635、636、637、932、933、934、935、936、937‧‧‧場曲率
640、940‧‧‧倍率色誤差的圖表
642、644、646、942、944、946‧‧‧倍率色差
648、948‧‧‧艾里斑
1000‧‧‧用於製造鏡頭系統的例示性方法
1010、1020、1030、1032、1040、1042、1044、1110、1120、1130、1140‧‧‧步驟
1100‧‧‧用於形成晶圓級鏡頭120和130中的任一者的例示性方法
圖1A和圖1B示出了根據實施方式的在例示性使用情景中的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統。
圖2A和圖2B示出了作為應用於虹膜辨識使用的圖1的鏡頭系統例示性幾何形狀方面。
圖3A至圖3C示出了由圖1的鏡頭系統形成的影像的空間解析度的例示性測量。
圖4示出了根據實施方式的一個四面、近紅外晶圓級鏡頭系統。
圖5示出了圖4的鏡頭系統的調制傳遞函數。
圖6A至圖6D示出了圖4的鏡頭系統的額外光學效能。
圖7示出了根據實施方式的另一個四面、近紅外晶圓級鏡頭系統。
圖8示出了圖7的鏡頭系統的調制傳遞函數。
圖9A至圖9D示出了圖7的鏡頭系統的額外光學效能。
圖10示出了根據實施方式的用於製造四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的方法。
圖11示出了根據實施方式的用於形成四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的晶圓級鏡頭的方法。
圖1A和圖1B示出了在例示性使用情景190中的一個例示性四面、近紅外晶圓級鏡頭系統110，其中鏡頭系統110用來執行虹膜辨識。圖1A示出了在使用情景190中的鏡頭系統110，且圖1B是如在相機模組102中實現的鏡頭系統110的更詳細視圖。圖1A和圖1B最好放在一起看。
在使用情景190中，鏡頭系統110被併入於個人電子裝置100中以作為相機模組102的一部分。相機模組102捕獲主體192的虹膜194的由鏡頭系統110形成的影像。裝置100可包括虹膜辨識模組104，所述虹膜辨識模組104處理由相機模組102捕獲的影像以執行虹膜辨識。在一實施方式中，虹膜辨識模組104確定虹膜194是否匹配某個已知的虹膜以便決定主體192是否被授權使用裝置100。虹膜辨識模組104可將模式辨識演算法應用於由相機模組102捕獲的影像以評估如由鏡頭系統110成像的虹膜194紋理，並將這些虹膜194紋理與被授權使用裝置100的使用者的紋理資料庫相比較。如果找到滿意的匹配，則裝置100可解鎖某些功能，且例如提供存取裝置100上的資料和應用程式。
鏡頭系統110被配置以對視場(FOV)180成像，所述FOV 180在鏡頭系統110與虹膜194之間的實際工作距離196處足夠大以涵蓋虹膜194 的區域，而不對主體192必須使虹膜194與鏡頭系統110對準以確保虹膜194在FOV 180內的精確度提出過度要求。在一個實施方式中，鏡頭系統110被配置成用於在處於180與300毫米(mm)之間的範圍中(諸如，大約240mm)的工作距離196處進行操作。
鏡頭系統110包括第一晶圓級鏡頭120和第二晶圓級鏡頭130，這兩個晶圓級鏡頭沿光軸170串聯地光耦合以將FOV 180內的場景成像到影像平面上。因此由鏡頭系統110形成的影像被具有直徑184的像圈所限定。本文中，鏡頭系統的「成像圈」是指由鏡頭系統透射出來的光的圓錐可以在影像平面上到達的相對於光軸(例如，光軸170)的位置而言最遠位置的一個集合或布景(collection or set)。對於軸對稱式鏡頭系統(諸如，本文中所揭露的鏡頭系統)而言，此集合或布景描述了影像平面上的圓。本文中將成像圈定義為與圓錐在影像平面處的半高全寬一致的圓。
第一晶圓級鏡頭120形成面向場景(例如，虹膜194)的凸鏡頭表面123和面向影像平面(例如，背向虹膜194)的凹鏡頭表面125。第二晶圓級鏡頭130形成面向場景的凹鏡頭表面133和面向影像平面的非球面鏡頭表面135。鏡頭表面123、125和133中的一者或多者可以是非球面的。鏡頭系統110能夠只使用這四個鏡頭表面以虹膜辨識所需的空間解析度來形成影像。相比之下，用於虹膜辨識的常規鏡頭系統通常包括六個以上的鏡頭表面。本文中，「鏡頭表面」是指彎曲表面。在一個實施方式中，鏡頭系統110只包括這四個鏡頭表面。在不背離其範圍的情況下，除圖1B中所示的彎曲表面之外，鏡頭系統110還可包括一個或多個非常輕微的彎曲表面。在一個此類示例中，圖1B中被示為平面的表面具有輕微的曲率。
晶圓級鏡頭120在基板126的面向場景的表面處形成光闌孔徑128。出於這個目的，晶圓級鏡頭120可在基板126的面向場景的表面上包括不透明塗層129，其中此不透明塗層129具有限定光闌孔徑128的開口。
在操作中，鏡頭表面123將射線收集到鏡頭系統110中，並且 鏡頭表面125調整由鏡頭表面123收集的射線在穿過光闌孔徑128之後的傳播方向。和放置在鏡頭系統110與場景之間相比，將光闌孔徑128放置在鏡頭系統110內有助於保持每個射線束(分別與視場位置相關聯)的對稱性。鏡頭表面133和135使射線彎曲到鏡頭系統110的影像平面上，且還平衡鏡頭系統110的畸變以改善由鏡頭系統110形成的影像的空間解析度。
鏡頭系統110的性質經優化以用於在近紅外光譜範圍中(至少在825到875nm的範圍內，例如在800到900奈米(nm)的範圍內)進行操作。雖然圖1A和圖1B中未示出，但是裝置100可包括近紅外光源(諸如，近紅外發光二極體)，所述近紅外光源照亮虹膜194以使得能夠由鏡頭系統110對虹膜194成像。
在某些實施方式中，R1/R3小於-0.43，且R3/EFFL大於-0.84，其中R1是鏡頭表面123的曲率半徑，且R3是鏡頭表面133的曲率半徑。這些關係有助於最小化光學像差(諸如，畸變)。本文中，如果曲率中心沿光軸170位於討論中的鏡頭表面的下游(即，與討論中的鏡頭表面相比離場景更遠)，則曲率半徑為正，而在討論中的鏡頭表面的上游的曲率中心對應於具有負曲率半徑的鏡頭表面。例如，鏡頭表面123的曲率半徑R1為正，而鏡頭表面133的曲率半徑R3為負。
晶圓級鏡頭120包括基本上為平面的基板126、在基板126的面向場景的表面上的鏡頭元件122和在基板126的面向影像平面的表面上的鏡頭元件124。鏡頭元件122形成鏡頭表面123，且鏡頭元件124形成鏡頭表面125。晶圓級鏡頭130包括基本上為平面的基板136、在基板136的面向場景的表面上的鏡頭元件132和在基板136的面向影像平面的表面上的鏡頭元件134。鏡頭元件132形成鏡頭表面133，且鏡頭元件134形成鏡頭表面135。
晶圓級鏡頭120和130中的每一者經由晶圓級鏡頭模造技術形成，且因此可以低成本和高容量來製造。晶圓級製造方法得益於晶圓級鏡頭120和130的相對緊湊的橫向尺寸以每晶圓製造非常多的晶圓級鏡頭。製造 品良率方面的這種增益大於在使用鑄造或精密加工來製造鏡頭時可實現的可歸因於大小的增益。
在實施方式中，鏡頭系統110所包括的鏡頭只有晶圓級鏡頭120和130且所包括的鏡頭表面只有鏡頭表面123、125、133和135，這與具有更多鏡頭元件和鏡頭表面/介面的常規鏡頭系統相比進一步簡化了製造過程。
晶圓級鏡頭120和130得益於晶圓級大規模製造方法，以實現和與鑄造的鏡頭(諸如，模造的玻璃鏡頭或精密加工的鏡頭)相關聯的製造成本相比更低的製造成本。此外，晶圓級鏡頭120的晶圓級製造允許鏡頭元件122和124由與基板126的材料不同的材料製成以及允許鏡頭元件122和124分別由兩種不同的材料製成。同樣，晶圓級鏡頭130的晶圓級製造允許鏡頭元件132和134由與基板136的材料不同的材料製成以及允許鏡頭元件132和134分別由兩種不同的材料製成。與鑄造或精密加工的鏡頭相比，對材料選擇的此類額外自由度提供了額外的靈活性以實現晶圓級鏡頭120和130的所期望的效能特性。在實施方式中，(a)鏡頭元件122由與鏡頭元件124的材料不同的材料製成，及/或(b)鏡頭元件132由與鏡頭元件134的材料不同的材料製成。
在一個實施方式中，鏡頭元件122的阿貝數小於鏡頭元件124的阿貝數。在另一個實施方式中，鏡頭元件132的阿貝數小於鏡頭元件134的阿貝數，且可選地也小於鏡頭元件122和124的阿貝數。鏡頭元件132的更低的阿貝數用以作為校正色像差(諸如，倍率色差)的作用。
鏡頭元件122、124、132和134中的每一者被一體式地形成，即由一種材料形成並且形成為一件式。此處，鏡頭元件122、124、132和134中的每一者自始至終由單一材料形成。然而，在不背離其範圍的情況下，鏡頭元件122、124、132和134中的一者或多者可包括一個或多個表面塗層(諸如，抗反射塗層)。
相機模組102包括鏡頭系統110和影像感測器140。影像感測器140包括(a)具有像素陣列144的主動層142和(b)保護主動層142的蓋玻璃146。影像感測器140定位成使得鏡頭系統110的影像平面與像素陣列144一致，例如與主動層142的光接收表面145一致。鏡頭系統110被配置成用於與蓋玻璃146合作以在像素陣列144上形成影像。
影像感測器140例如為互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器、電荷耦合元件(CCD)或另一焦平面陣列。
鏡頭系統110具有鏡頭全長(TTL)182。TTL 182是從鏡頭系統110的影像平面到鏡頭系統110的離場景最近且離影像平面最遠的表面(即，鏡頭表面123)的距離。在圖1中，鏡頭系統110的影像平面與影像感測器140的主動層142的光接收表面145一致。在實施方式中，TTL182小於4mm，例如在處於3.5與3.8mm之間的範圍中，且成像圈具有在處於2.4與2.6mm之間的範圍中的直徑184。
由於以晶圓級製造晶圓級鏡頭120和130，所以晶圓級鏡頭120和130中的每一者通常在正交於光軸170的維度上具有矩形(例如，方形)橫截面。然而，在不背離其範圍的情況下，從晶圓級單一化晶圓級鏡頭120和130中的一者或兩者可包括非標準切割方法，及/或可執行切割後修改，以製造具有非矩形橫截面的晶圓級鏡頭。可將鏡頭元件122、124、132和134模造到相應的基板上以產生具有圓形周界的鏡頭表面123、135、133和135。可在個別晶圓級鏡頭120和130的周界以外執行切割以從晶圓級單一化晶圓級鏡頭120和130，使得在切割之後鏡頭表面123、135、133和135具有圓形周界。替代性地，鏡頭表面123、135、133和135中的一者或多者可在切割期間被截形以產生具有矩形或截形的圓形形狀的橫截面的鏡頭表面。
圖2A和圖2B示出了作為應用於虹膜辨識使用的鏡頭系統110的例示性幾何形狀方面。圖2A示出了通過鏡頭系統110將物體平面成像 到影像平面上。圖2A是橫截面圖，其具有根據坐標系290在y-z平面中所截取的橫截面，其中z軸平行於光軸170。圖2B示出了物體平面，虹膜194被例示性地放置在其中。物體平面平行於坐標系290的x-y平面。圖2A和圖2B最好放在一起看。
鏡頭系統110被配置成在影像平面210處形成影像，所述影像平面210設置成與鏡頭系統110的離場景最近的位置(鏡頭表面123)相隔TTL182。在操作中，當鏡頭系統110在相機模組102中實現時，影像平面210與像素陣列144一致。影像平面210的位置經由適於厚鏡頭的鏡頭方程式而與相應物體平面220的位置有關：1/so+1/si=1/EFFL，其中so是從物體平面220到第一主平面的距離，且si是從第二主平面到影像平面210的距離。因此，晶圓級鏡頭120和130的性質連同以上鏡頭方程式定義了從鏡頭系統110到物體平面220的工作距離196。當將虹膜194放置在物體平面220處時，至少在虹膜194位於光軸170上的情況下，鏡頭系統110形成了虹膜194的最佳聚焦影像。
FOV 180的特徵為在60到75度的範圍中的FOV角度。本文中，「FOV角度」是從光軸的一側上的極端到光軸的相反側上的對應極端測得的。然而，應理解，鏡頭系統110可與具有矩形像素陣列144的影像感測器140的實施方式聯接。此矩形像素陣列144可將鏡頭系統110的可操作FOV限制為小於FOV 180，例如在圖2B中由可操作FOV 222所指示。例如，像素陣列144可將鏡頭系統110的可操作FOV減小為(a)在平行於像素陣列144的長邊(圖2B中為水平的)的維度上的60到65度的可操作FOV 222，和(b)在平行於像素陣列144的短邊(圖2B中為垂直的)的維度上的30到40度的可操作FOV 222。
在工作距離196處，FOV 180的垂直於光軸170的範圍280可比虹膜194的直徑294大10到15倍。人虹膜的直徑通常在10到13mm的範圍中。範圍280可在100到200mm的範圍中，例如在140到160mm的範圍中。鏡頭系統110被配置成以足夠的空間解析度對虹膜194成像以實現虹 膜辨識分析。鏡頭系統110的有效焦距(EFFL)使得工作距離196與EFFL的比小於66。此極限確保了FOV 180足夠小，從而以虹膜辨識所需的空間解析度來對虹膜194成像。
圖3A至圖3C示出了由鏡頭系統110形成的影像的空間解析度的例示性測量。圖3A示出了具有多個線對314的解析度測試圖300。圖3B示出了解析度測試圖300的固有對比度。圖3C示出了解析度測試圖300的由鏡頭系統110形成的影像的對比度。圖3A至圖3C最好放在一起看。
每個線對包括黑線310和白線312。解析度測試圖每距離320具有兩個線對314。在鏡頭系統110的空間解析度的測量中，解析度測試圖300被放置在物體平面220中，其中線312和310平行於坐標系290的y軸。解析度測試圖沿坐標系290的x軸的強度輪廓由曲線330指示，所述曲線指示曲線330的峰與谷之間的固有距離332。在一個示例中，曲線330的谷具有零強度。當由鏡頭系統110成像到影像平面210上時，所得影像以圖3C中所示的強度輪廓為特徵。曲線340指示解析度測試圖300的影像在影像平面210中沿坐標系290的x軸的強度輪廓。由於有限的空間解析度，至少在被歸一化到相應曲線330和340的最大亮度時，曲線340的峰與谷之間的差值342與差值332相比為減小。差值342對應於被計算為C=(I max -I min )/(I max +I min )的影像對比度，其中Imax是曲線340的峰的強度值，且Imin是曲線340的谷的強度值。
至少在圍繞光軸170的有限範圍內，鏡頭系統110能夠產生與曲線340相關聯的對於每毫米兩個線對而言(即，對於距離320=1mm而言)至少60%的影像對比度C和與曲線330相關聯的100%的固有對比度C。對於每毫米兩個線對而言(在物體平面中)至少60%的對比度是對由ISO/IEC19794-6標準定義的生物特徵登記、驗證和識別系統的要求。在一個實施方式中，鏡頭系統110能夠至少在以光軸170為中心的直徑294的範圍內產生對於每毫米兩個線對而言至少60%的此對比度。在這個實施方式中，當虹膜194放置在物體平面220中並且以光軸170為中心時，鏡頭系統110 能夠以某個空間解析度(所述空間解析度以對於每毫米兩個線對而言至少60%的對比度為特徵)將其完整範圍成像到影像平面210上。在不背離其範圍的情況下，可將此60%的對比度確定為光學傳遞函數的模量。
在實施方式中，鏡頭系統110的放大率是如此以至於物體平面220中的每毫米兩個線對對應於影像平面210中的每毫米120個至140個線對，例如影像平面210中的每毫米大約127個線對。
圖4示出了一個例示性四面、近紅外晶圓級鏡頭系統400。鏡頭系統400包括沿光軸470串聯地光耦合的第一晶圓級鏡頭420和第二晶圓級鏡頭430。通過非限制性示例，鏡頭系統400說明了上文關於圖1、圖2A、圖2B和圖3A至圖3C所論述的鏡頭系統110的有益的概念。雖然揭露了鏡頭系統400的參數的特定值，但是實際值可偏離所揭露的值。所揭露的參數值是某個範圍的值的特定示例，並且可擴展到值的此類範圍。鏡頭系統400是鏡頭系統110的實施方式。晶圓級鏡頭420和430分別是晶圓級鏡頭120和130的實施方式。
鏡頭系統400被配置成將場景成像到影像平面410上，具有放置在鏡頭系統400與影像平面410之間的蓋玻璃446來。蓋玻璃446例如由玻璃、塑膠或其組合製成。蓋玻璃446是蓋玻璃146的實施方式。鏡頭系統400具有鏡頭全長(TTL)482，並且在影像平面410上形成具有直徑484的成像圈。鏡頭系統400具有FOV 480。FOV 480、鏡頭全長482和直徑484是FOV 180、鏡頭全長182和直徑184的示例。
晶圓級鏡頭420包括：基本上為平面的基板426；鏡頭元件422，其配置在基板426的基本上為平面的表面427上；以及鏡頭元件424，其配置在基板426的基本上為平面的表面429上。表面427背向影像平面410，且表面429面朝影像平面410。鏡頭元件422具有背向影像平面410的非球面凸鏡頭表面423。鏡頭元件424具有面朝影像平面410的非球面凹鏡頭表面425。基板426、鏡頭元件422、鏡頭元件424、鏡頭表面423和鏡頭表面 425分別是基板126、鏡頭元件122、鏡頭元件124、鏡頭表面123和鏡頭表面125的實施方式。晶圓級鏡頭420進一步包括孔徑光闌428，例如由配置在表面427上的不透明塗層460形成。孔徑光闌428是孔徑光闌128的實施方式，且不透明塗層460是不透明塗層129的實施方式。
晶圓級鏡頭430包括：基本上為平面的基板436；鏡頭元件432，其配置在基板436的基本上為平面的表面437上；以及鏡頭元件434，其配置在基板436的基本上為平面的表面439上。表面437背向影像平面410，且表面439面朝影像平面410。鏡頭元件432具有背向影像平面410的非球面凹鏡頭表面433。鏡頭元件434具有面朝影像平面410的非球面鏡頭表面435。基板436、鏡頭元件432、鏡頭元件434、鏡頭表面433和鏡頭表面435分別是基板136、鏡頭元件132、鏡頭元件134、鏡頭表面133和鏡頭表面135的實施方式。
在不背離其範圍的情況下，基板426和436中的每一者可具有大於圖4中所示的直徑之直徑。在一個此類示例中，基板426包括額外的基板部分450，且基板436包括額外的基板部分452。並且，在這個示例中，基板426的橫向範圍可超過鏡頭元件422和424的橫向範圍，且基板436的橫向範圍可超過鏡頭元件432和434的橫向範圍。例如，鏡頭元件422、424、432和434可具有圓形橫截面，而基板426和436可具有矩形橫截面且至少在遠離光軸470的一些方向上超過鏡頭元件422、424、432和434的範圍。
在不背離其範圍的情況下，雖然下文所呈現的光學效能假定如圖4中所說明的光學主動區域，但是鏡頭元件422、424、432和434中的一者或多者的直徑可大於圖4中所示的直徑。
表1A和1B列出了鏡頭系統400的鏡頭資料。鏡頭資料包括基板426和436、鏡頭元件422、424、432和434、鏡頭表面423、425、433和435以及孔徑光闌428的設計參數的值。鏡頭資料還包括蓋玻璃(CG)446的配置以及蓋玻璃446與影像平面(IMA)410之間的間隙。FOV 480以70度的FOV角度為特徵，且表1A列出了根據FOV 480的此FOV角度的假定的 物體(OBJ)位置和直徑。鏡頭系統400可與矩形影像感測器140一起在相機模組102中實現，所述影像感測器將FOV 480減小到可操作視場，所述可操作視場以以下兩者為特徵：(a)在平行於矩形影像感測器的長邊的維度上的62度的FOV角度，和(b)在平行於矩形影像感測器的短邊的維度上的36度的FOV角度。
在表1A中，在與限定相應元件的第一表面(如從場景看)相同的行中，指示了基板426、鏡頭元件422、鏡頭元件424、鏡頭元件432、基板436、鏡頭元件434和蓋玻璃446中的每一者的材料性質和厚度。表1A中所指示的材料性質是(a)在夫琅和費D譜線λD=589.3下的折射率nD，和(b)阿貝數。阿貝數是對材料中的光色散的測量，並且被定義為Vd=(n D -1)/n F -n C ，其中nF和nC分別是在夫琅和費F譜線λF=486.1nm和夫琅和費C譜線λC=656.3nm下的折射率。
表1B列出了鏡頭表面423、425、433和435中的每一者的非球面係數。對於這些非球面鏡頭表面中的每一者而言，可以將表面輪廓表達為： 其中Z是作為與光軸470的徑向距離s的函數、平行於光軸470的表面凹陷，C是曲率半徑的倒數，k是錐形常數，且A4、A6…是第4階、第6階…非球面項。
鏡頭系統400具有2.5的工作光圈數、3.682mm的有效焦距EFFL、2.48mm的像圈直徑484和3.68mm的TTL 482。在TTL 482的此值下，從鏡頭系統400到關聯的物體平面的工作距離WD是240.01mm。由此斷定，對於鏡頭系統400而言，WD/EFFL=65.2。
如從表1A顯而易見，鏡頭元件422具有與鏡頭元件424的材料不同的材料，且鏡頭元件432的材料不同於鏡頭元件434的材料。在一個示例中，鏡頭元件422、424、432和434中的每一者由聚合物(諸如，環氧樹脂)製成。
鏡頭表面423具有曲率半徑R1=1.352mm且鏡頭表面433具有曲率半徑R3=-2.47mm，使得比R1/R3=-0.55且比R3/EFFL=-0.67。
圖5示出了在影像平面410中的從光軸470到與光軸470相隔0.1mm的距離的區域內、如由Zemax®光學設計程式所評估的鏡頭系統400之調制傳遞函數(MTF)。在影像平面410中的與光軸470相隔0.1mm的距離對應於在對應的物體平面中的與光軸470相隔6.3mm的距離。因此，圖5中 所示的MTF資料覆蓋足夠大以涵蓋放置在光軸470上的虹膜194的區域。圖5中所標繪的MTF是在大約850nm的波長下和以物體平面中的每毫米2線對(其對應於影像平面410中的每毫米127個線對)的空間解析度來評估的。弧矢射線(資料510)與切向射線(資料520)兩者均高於60%的MTF值，其對應於黑線與白線之間至少60%的對比度，如上文關於圖3A至圖3C所論述。由此斷定，由鏡頭系統400形成的影像的空間解析度足夠用於對放置在光軸470上的虹膜194進行虹膜辨識。
圖6A、圖6B、圖6C和圖6D示出了如由Zemax®光學設計程式所評估的鏡頭系統400的額外光學效能。圖6A、圖6B、圖6C和圖6D分別示出了在假定如表1A中所指示的物體(OBJ)和影像平面(IMA)410的位置的情況下鏡頭系統400的球面像差、f-theta畸變、場曲率和倍率色差。如由圖6A、圖6B、圖6C和圖6D所證明，鏡頭系統400在影像平面410上產生了具有高光學品質的影像。
圖6A是鏡頭系統400的縱向球面像差的圖表(曲線)610。圖6A將顯示在水平軸上的以毫米為單位的縱向球面像差示作顯示在垂直軸上的入瞳高度的函數。垂直軸從光軸470延伸到光軸470的最極端徑向距離處(與FOV 480相關聯)。最大入瞳半徑是rp=0.7991mm。分別計算在875nm、850nm和825nm下的縱向球面像差曲線612(實線)、614(虛線)和616(虛點線)。
圖6B是鏡頭系統400的f-theta畸變的圖表620。圖6B將顯示在水平軸上的以百分數為單位的f-theta畸變示作顯示在垂直軸上的視場角的函數。垂直軸從光軸470延伸到17.512°的視場角，所述視場角在一個實施方式(其中鏡頭系統400與具有將對應的可操作視場限制到35度的短邊的矩形影像感測器140聯接)中對應於可操作視場的極限。畸變在波長875nm、850nm和825nm中的每一者下都是相同的，且由畸變曲線622指示。
圖6C是鏡頭系統400的珀茲伐場曲率的圖表630。顯示在水平軸上的以毫米為單位的場曲率是針對顯示在垂直軸上的在0與17.512°之間的視場角來標繪的。分別計算在875nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的 場曲率632和場曲率633。分別計算在850nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的場曲率634和場曲率635。分別計算在825nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的場曲率636和場曲率637。
圖6D是鏡頭系統400的倍率色誤差(也稱為橫向色像差)的圖表640。圖6D將顯示在水平軸上的以微米為單位的倍率色誤差示作顯示在垂直軸上的場幅度的函數。垂直軸從光軸470延伸到光軸470的最極端徑向距離處(與IC直徑484關聯)。場幅度的範圍為從hmin=0(軸上)到hmax=1.2340mm。倍率色差是以850nm作為參考的，使得針對850nm的倍率色差644對於所有場幅度而言為零。計算在875nm下的倍率色差642。計算在825nm下的倍率色差646。為進行比較，圖6D還指示了艾里斑648。倍率色差642與倍率色差646兩者都完全在艾里斑648內。
圖7示出了另一個例示性四面、近紅外晶圓級鏡頭系統700。鏡頭系統700包括沿光軸770串聯地光耦合的第一晶圓級鏡頭720和第二晶圓級鏡頭730。通過非限制性示例，鏡頭系統700示出了上文關於圖1、圖2A、圖2B和圖3A至圖3C所論述的鏡頭系統110的有益的概念。雖然揭露了鏡頭系統700的參數的特定值，但是實際值可偏離所揭露的值。所揭露的參數值是某個範圍的值的特定示例，並且可擴展到值的此類範圍。鏡頭系統700是鏡頭系統110的實施方式。晶圓級鏡頭720和730分別是晶圓級鏡頭120和130的實施方式。
鏡頭系統700被配置成將場景成像到影像平面710上，具有放置在鏡頭系統700與影像平面710之間的蓋玻璃746。蓋玻璃746(例如)由玻璃、塑膠或其組合製成。蓋玻璃746是蓋玻璃146的實施方式。鏡頭系統700具有鏡頭全長(TTL)782，並且在影像平面710上形成具有直徑784的像圈。鏡頭系統700具有FOV 780。FOV 780、鏡頭全長782和直徑784是FOV 180、鏡頭全長182和直徑184的示例。
晶圓級鏡頭720包括：基本上為平面的基板726；鏡頭元件722，其配置在基板726的基本上為平面的表面727上；以及鏡頭元件724，其配 置在基板726的基本上為平面的表面729上。表面727背向影像平面710，且表面729面朝影像平面710。鏡頭元件722具有背向影像平面710的非球面凸鏡頭表面723。鏡頭元件724具有面朝影像平面710的非球面凹鏡頭表面725。基板726、鏡頭元件722、鏡頭元件724、鏡頭表面723和鏡頭表面725分別是基板126、鏡頭元件122、鏡頭元件124、鏡頭表面123和鏡頭表面125的實施方式。晶圓級鏡頭720進一步包括孔徑光闌728，例如由配置在表面727上的不透明塗層760形成。孔徑光闌728是孔徑光闌128的實施方式，且不透明塗層760是不透明塗層129的實施方式。
晶圓級鏡頭730包括：基本上為平面的基板736；鏡頭元件732，其配置在基板736的基本上為平面的表面737上；以及鏡頭元件734，其配置在基板736的基本上為平面的表面739上。表面737背向影像平面710，且表面739面朝影像平面710。鏡頭元件732具有背向影像平面710的非球面凹鏡頭表面733。鏡頭元件734具有面朝影像平面710的非球面鏡頭表面735。基板736、鏡頭元件732、鏡頭元件734、鏡頭表面733和鏡頭表面735分別是基板136、鏡頭元件132、鏡頭元件134、鏡頭表面133和鏡頭表面135的實施方式。
在不背離其範圍的情況下，基板726和736中的每一者可具有大於圖7中所示的直徑之直徑。在一個此類示例中，基板726包括額外的基板部分750，且基板736包括額外的基板部分752。並且，在這個示例中，基板726的橫向範圍可超過鏡頭元件722和724的橫向範圍，且基板736的橫向範圍可超過鏡頭元件732和734的橫向範圍。例如，鏡頭元件722、724、732和734可具有圓形橫截面，而基板726和736可具有矩形橫截面且至少在遠離光軸770的一些方向上超過鏡頭元件722、724、732和734的範圍。
在不背離其範圍的情況下，雖然下文所呈現的光學效能假設如圖7中所說明的光學主動區域，但是鏡頭元件722、724、732和734中的一者或多者的直徑可大於圖7中所示的直徑。
表2A和2B列出了鏡頭系統700的鏡頭資料。鏡頭資料包括 基板726和736、鏡頭元件722、724、732和734、鏡頭表面723、725、733和735以及孔徑光闌728的設計參數的值。鏡頭資料還包括蓋玻璃(CG)746的配置以及蓋玻璃746與影像平面(IMA)710之間的間隙。FOV 780以70度的FOV角度為特徵，且表2A列出了根據FOV 780的此FOV角度的假定的物體(OBJ)位置和直徑。鏡頭系統700可與矩形影像感測器140一起在相機模組102中實現，所述影像感測器將FOV 780減小到可操作視場，所述可操作視場以以下兩者為特徵：(a)在平行於矩形影像感測器的長邊的維度上的62度的FOV角度，和(b)在平行於矩形影像感測器的短邊的維度上的36.2度的FOV角度。
在表2A中，在與限定相應元件的第一表面(如從場景看)相同的行中，指示了基板726、鏡頭元件722、鏡頭元件724、鏡頭元件732、基板736、鏡頭元件734和蓋玻璃746中的每一者的材料性質和厚度。表2A中所指示的材料性質是(a)在夫琅和費D譜線λD=589.3下的折射率，和(b)阿貝數。
表2B列出了鏡頭表面723、725、733和735中的每一者的非球面係數。對於這些非球面鏡頭表面中的每一者而言，可以將表面輪廓表達為： 其中Z是作為與光軸770的徑向距離s的函數的平行於光軸770的表面凹陷，C是曲率半徑的倒數，k是錐形常數，且A4、A6…是第4階、第6階…非球面項。
鏡頭系統700具有2.5的工作光圈數、3.681mm的有效焦距EFFL、2.47mm的像圈直徑784和3.61mm的TTL 782。在TTL 782的此值下，從鏡頭系統700到關聯的物體平面的工作距離WD是240.01mm。由此斷定，對於鏡頭系統700而言，WD/EFFL=65.2。
如從表2A顯而易見，鏡頭元件722具有與鏡頭元件724的材料不同的材料，且鏡頭元件732的材料不同於鏡頭元件734的材料。在一個 示例中，鏡頭元件722、724、732和734中的每一者由聚合物(諸如，環氧樹脂)製成。
鏡頭表面723具有曲率半徑R1=1.351mm且鏡頭表面733具有曲率半徑R3=-3.07mm，使得比R1/R3=-0.44且比R3/EFFL=-0.83。
圖8示出了在影像平面710中的從光軸770到與光軸770相隔0.1mm的距離的區域內、如由Zemax®光學設計程式所評估的鏡頭系統700 之調制傳遞函數(MTF)。在影像平面710中的與光軸770相隔0.1mm的距離對應於在對應的物體平面中的與光軸770相隔6.3mm的距離。因此，圖8中所示的MTF資料覆蓋足夠大以涵蓋放置在光軸770上的虹膜194的區域。圖8中所標繪的MTF是在大約850nm的波長下和以物體平面中的每毫米2線對(其對應於影像平面710中的每毫米127個線對)的空間解析度來評估的。弧矢射線(資料810)與切向射線(資料820)兩者均高於60%的MTF值，其對應於黑線與白線之間至少60%的對比度，如上文關於圖3A至圖3C所論述。由此斷定，由鏡頭系統700形成的影像的空間解析度足夠用於對放置在光軸770上的虹膜194進行虹膜辨識。
圖9A、圖9B、圖9C和圖9D示出了如由Zemax®光學設計程式所評估的鏡頭系統700的額外光學效能。圖9A、圖9B、圖9C和圖9D分別示出了在假定如表2A中所指示的物體(OBJ)和影像平面(IMA)710的位置的情況下鏡頭系統700的球面像差、f-theta畸變、場曲率和倍率色差。如由圖9A、圖9B、圖9C和圖9D所證明，鏡頭系統700在影像平面710上產生了具有高光學品質的影像。
圖9A是鏡頭系統700的縱向球面像差的圖表910。圖9A將顯示在水平軸上的以毫米為單位的縱向球面像差示作顯示在垂直軸上的入瞳高度的函數。垂直軸從光軸770延伸到光軸770的最極端徑向距離處(與FOV780相關聯)。最大入瞳半徑是rp=0.7992mm。分別計算在875nm、850nm和825nm下的縱向球面像差曲線912(實線)、914(虛線)和916(虛點線)。
圖9B是鏡頭系統700的f-theta畸變的圖表920。圖9B將顯示在水平軸上的以百分數為單位的f-theta畸變示作顯示在垂直軸上的視場角的函數。垂直軸從光軸770延伸到17.556°的視場角，所述視場角在一個實施方式(其中鏡頭系統700與具有將對應的可操作視場限制到35.1度的短邊的矩形影像感測器140聯接)中對應於可操作視場的極限。畸變在波長875nm、850nm和825nm中的每一者下都是相同的，且由畸變曲線922指示。
圖9C是鏡頭系統700的珀茲伐場曲率的圖表930。顯示在水 平軸上的以毫米為單位的場曲率是針對顯示在垂直軸上的在0與17.556°之間的視場角來標繪的。分別計算在875nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的場曲率932和場曲率933。分別計算在850nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的場曲率934和場曲率935。分別計算在825nm下的弧矢(S)平面和切向(T)平面中的場曲率936和場曲率937。
圖9D是鏡頭系統700的倍率色誤差(也稱為橫向色像差)的圖表940。圖9D將顯示在水平軸上的以微米為單位的倍率色誤差示作顯示在垂直軸上的場幅度的函數。垂直軸從光軸770延伸到光軸770的最極端徑向距離處(與IC直徑784關聯)。場幅度的範圍為從hmin=0(軸上)到hmax=1.2340mm。倍率色差是以850nm作為參考的，使得針對850nm的倍率色差944對於所有場幅度而言為零。計算在875nm下的倍率色差942。計算在825nm下的倍率色差946。為進行比較，圖9D還指示了艾里斑948。倍率色差942與倍率色差946兩者都完全在艾里斑948內。
圖10示出了一種用於製造鏡頭系統110的例示性方法1000。方法1000可用來根據鏡頭系統400的鏡頭規格或根據鏡頭系統700的鏡頭規格來形成鏡頭系統110。
在步驟1030中，方法1000裝配鏡頭系統110。步驟1030包括步驟1032，其中晶圓級鏡頭120和130被安裝在夾具中以串聯地光耦合晶圓級鏡頭120和130。在一個示例中，步驟1032利用本領域中已知的方法來將晶圓級鏡頭120和130安裝在夾具中。
可選地，在步驟1030前面是使用晶圓級鏡頭製造技術來分別形成晶圓級鏡頭120和130的步驟1010和1020。
在實施方式中，方法1000進一步包括基於如步驟1030中所裝配的鏡頭系統110來製造相機模組102的步驟1040。步驟1040包括將鏡頭系統110聯接(coupling)到影像感測器140以形成相機模組102的步驟1042。在步驟1042的一個示例中，步驟1032的夾具被安裝到影像感測器140上。 可選地，步驟1040進一步包括將影像感測器140連接到電子電路板的步驟1044。在步驟1044的一個示例中，鏡頭系統110電連接到電子電路板。
圖11示出了一種用於形成晶圓級鏡頭120和130中的任一者的例示性方法1100。方法1000的步驟1010和1020中的每一者可實施方法1100。
在步驟1120中，在晶圓的第一表面上形成第一材料的多個鏡頭元件。在步驟1120的一個實施方式中，在由與基板126相關聯的材料製成的晶圓的第一表面上模造多個鏡頭元件122。例如，將樹脂(諸如，聚合物樹脂)沉積到晶圓的第一表面上，將具有多個凹部(每一者具有與鏡頭表面123互補的形狀)的模具放置在第一表面(具有樹脂)上，使樹脂固化，並且從第一表面移除模具。樹脂可以是通過將UV光透過晶圓照射到第一表面上的樹脂而被固化的紫外線(UV)可固化環氧樹脂。在另一個實施方式中，在由與基板136相關聯的材料製成的晶圓的第一表面上模造多個鏡頭元件132。例如，將樹脂(諸如，聚合物樹脂)沉積到晶圓的第一表面上，將具有多個凹部(每一者具有與鏡頭表面133互補的形狀)的模具放置在第一表面(具有樹脂)上，使樹脂固化，並且從第一表面移除模具。樹脂可以是通過將UV光透過晶圓照射到第一表面上的樹脂而被固化的紫外線(UV)可固化環氧樹脂。
當用來形成晶圓級鏡頭120時，方法1100進一步包括在步驟1120之前的步驟1110。在步驟1110中，在晶圓的第一表面上形成多個孔徑光闌。這些孔徑光闌分別與後續步驟1120中所形成的鏡頭元件的位置對準。在步驟1110的一個示例中，將塗層129塗覆到晶圓的第一表面以形成多個孔徑光闌128。
在步驟1130中，在晶圓的背向第一表面的第二表面上形成第二材料的多個鏡頭元件。步驟1130可利用與步驟1120相同的方法。在步驟1130的一個實施方式中，在由與基板126相關聯的材料製成的晶圓上形成多個鏡頭元件124。在步驟1130的另一個實施方式中，在由與基板136相關聯的材料製成的晶圓上形成多個鏡頭元件134。第一材料可不同於第二材料。
在步驟1140中，根據步驟1120和1130中所形成的晶圓來單一化多個晶圓級鏡頭。例如，使用本領域中已知的方法來切割晶圓，以形成多個晶圓級鏡頭。在步驟1140的一個示例中，單一化晶圓以形成多個晶圓級鏡頭120。在步驟1140的另一個示例中，單一化晶圓以形成多個晶圓級鏡頭130。
在不背離其範圍的情況下，可在步驟1120之後、在步驟1120之前、在步驟1110之前或在步驟1110與1120之間執行步驟1130。
特徵的組合
在不背離其範圍的情況下，可以各種方式來組合上文所描述的特徵以及下文所要求的特徵。例如，將瞭解，本文中所描述的一種四面、近紅外晶圓級鏡頭系統或關聯的製造方法的方面可與本文中所描述的另一種四面、近紅外晶圓級鏡頭系統或關聯的製造方法的特徵合併或調換。以下示例說明了上文所描述的實施方式的一些可能、非限制性組合。應清楚，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可對本文中的系統和方法作出許多其他改變和修改：
(A1)一種用於將場景成像到影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統可包括：(a)第一晶圓級鏡頭，其具有面向場景的第一凸鏡頭表面和面向影像平面的第二凹鏡頭表面；以及(b)第二晶圓級鏡頭，其配置在第一晶圓級鏡頭與影像平面之間，且包括面向場景的第三凹鏡頭表面和面向影像平面的第四非球面凸鏡頭表面。
(A2)被表示為(A1)的鏡頭系統可進一步以影像平面中的下述影像解析度為特徵，該影像解析度對應於：在物體平面中的至少10毫米範圍的場景部分上、物體平面中的每毫米2線對之至少60%對比度。
(A3)在被表示為(A2)的鏡頭系統中，場景部分可以四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的光軸為中心。
(A4)被表示為(A2)和(A3)的鏡頭系統中的任一者或兩者可被配置成在825到875奈米的波長範圍中實現60%對比度。
(A5)被表示為(A2)至(A4)的四種鏡頭系統中的任一者可被配置成至少針對物體平面與第一凸鏡頭表面之間的240毫米距離實現60%對比度。
(A6)被表示為(A2)至(A5)的鏡頭系統中的任一者可具有放大率，使得物體平面中的每毫米2線對對應於影像平面中的每毫米120至140線對。
(A7)被表示為(A1)至(A6)的鏡頭系統中的任一者可具有一有效焦距EFFL，使得至少針對240毫米工作距離(WD)，滿足WD/EFFL<66。
(A8)在被表示為(A1)至(A7)的鏡頭系統中的任一者中，第一凸鏡頭表面可具有曲率半徑R1，第三凹鏡頭表面可具有曲率半徑R3，R1/R3的絕對值可大於0.43，且鏡頭系統的有效焦距(EFFL)可使得R3/EFFL的絕對值小於0.84。
(A9)在被表示為(A1)至(A8)的鏡頭系統中的任一者中，第一晶圓級鏡頭可包括：第一平面基板；第一鏡頭元件，其結合到第一平面基板的面向場景的第一側，所述第一鏡頭元件形成第一凸鏡頭表面；以及第二鏡頭元件，其結合到第一平面基板的面向影像平面的第二側，所述第二鏡頭元件形成第二凹鏡頭表面，並且第二晶圓級鏡頭可包括：第二平面基板；第三鏡頭元件，其結合到第二平面基板的面向場景的第一側，所述第三鏡頭元件形成第三凹鏡頭表面；以及第四鏡頭元件，其結合到第二平面基板的面向影像平面的第二側，所述第四鏡頭元件形成第四非球面鏡頭表面。
(A10)在被表示為(A9)的鏡頭系統中，第二鏡頭元件的阿貝數可大於第一鏡頭元件的阿貝數。
(A11)在被表示為(A9)和(A10)的鏡頭系統中的任一者或兩者中，第一鏡頭元件、第三鏡頭元件和第四鏡頭元件可具有相同的材料。
在不背離其範圍的情況下，可對以上系統和方法作出改變。因此，應注意，以上描述中所包含且附圖中所示出的事情應被解釋為說明性的而非從限制性的意義上來解釋。以下請求項旨在涵蓋本文中所描述的通用和專用特徵，以及本系統和方法的範圍的所有聲明(這些聲明在語言上可據稱為落在其間)。

Claims (21)

  1. 一種用於將一場景成像到一影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，包括：一第一晶圓級鏡頭，具有面向該場景的一第一凸鏡頭表面和面向該影像平面的一第二凹鏡頭表面；以及一第二晶圓級鏡頭，配置在該第一晶圓級鏡頭與該影像平面之間，且包括面向該場景的一第三凹鏡頭表面和面向該影像平面的一第四非球面凸鏡頭表面；其中，該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統的進一步特徵在於：該影像平面中的影像解析度對應於：在物體平面中至少10毫米範圍的一場景部分上、該物體平面中每毫米2線對之至少60%對比度。
  2. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該場景部分以該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統之一光軸為中心。
  3. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，被配置成在825到875奈米的波長範圍中實現所述60%對比度。
  4. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，被配置成至少針對該物體平面與該第一凸鏡頭表面之間的240毫米距離實現所述60%對比度。
  5. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其具有放大率，使得該物體平面中的每毫米2線對對應於該影像平面中的每毫米120至140線對。
  6. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其具有一有效焦距為EFFL，使得至少針對240毫米工作距離為WD時，滿足WD/EFFL<66。
  7. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一凸鏡頭表面具有一曲率半徑為R1，該第三凹鏡頭表面具有一曲率半徑為R3，R1/R3的絕對值大於0.43，且該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統之一有效焦距(EFFL)使得R3/EFFL的絕對值小於0.84。
  8. 如請求項第1項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一晶圓級鏡頭包括：一第一平面基板；一第一鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該場景的一第一側，該第一鏡頭元件形成該第一凸鏡頭表面；以及一第二鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第二鏡頭元件形成該第二凹鏡頭表面；以及該第二晶圓級鏡頭包括：一第二平面基板；一第三鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該場景的一第一側，該第三鏡頭元件形成該第三凹鏡頭表面；以及一第四鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第四鏡頭元件形成該第四非球面鏡頭表面。
  9. 如請求項第8項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第二鏡頭元件的阿貝數大於該第一鏡頭元件的阿貝數。
  10. 如請求項第9項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一鏡頭元件、該第三鏡頭元件和該第四鏡頭元件具有相同的材料。
  11. 一種用於將一場景成像到一影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，包括：一第一晶圓級鏡頭，具有面向該場景的一第一凸鏡頭表面和面向該影像平 面的一第二凹鏡頭表面；以及一第二晶圓級鏡頭，配置在該第一晶圓級鏡頭與該影像平面之間，且包括面向該場景的一第三凹鏡頭表面和面向該影像平面的一第四非球面鏡頭表面；其中，至少針對240毫米工作距離為WD，該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統之有效焦距為EFFL時，滿足WD/EFFL<75。
  12. 如請求項第11項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其被配置成在825到875奈米的波長範圍中操作。
  13. 如請求項第11項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一凸鏡頭表面具有一曲率半徑為R1，該第三凹鏡頭表面具有一曲率半徑為R3，R1/R3的絕對值大於0.43，且該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統之該有效焦距(EFFL)使得R3/EFFL的絕對值小於0.84。
  14. 如請求項第11項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一晶圓級鏡頭包括：一第一平面基板；一第一鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該場景的一第一側，該第一鏡頭元件形成該第一凸鏡頭表面；以及一第二鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第二鏡頭元件形成該第二凹鏡頭表面；以及該第二晶圓級鏡頭包括：一第二平面基板；一第三鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該場景的一第一側，該第三鏡頭元件形成該第三凹鏡頭表面；以及一第四鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第四鏡頭元件形成該第四非球面鏡頭表面。
  15. 如請求項第14項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第二鏡頭元件的阿貝數大於該第一鏡頭元件的阿貝數。
  16. 如請求項第15項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一鏡頭元件、該第三鏡頭元件和該第四鏡頭元件具有相同的材料。
  17. 一種用於將一場景成像到一影像平面上的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，包括：一第一晶圓級鏡頭，具有面向該場景的一第一凸鏡頭表面和面向該影像平面的一第二凹鏡頭表面，該第一凸鏡頭表面具有一曲率半徑為R1；以及一第二晶圓級鏡頭，配置在該第一晶圓級鏡頭與該影像平面之間，且包括面向該場景的一第三凹鏡頭表面和面向該影像平面的一第四非球面鏡頭表面，該第三凹鏡頭表面具有一曲率半徑為R3使得R1/R3的絕對值大於0.43；其中，該四面、近紅外晶圓級鏡頭系統之一有效焦距(EFFL)使得R3/EFFL的絕對值小於0.84；其中該第一晶圓級鏡頭包括：一第一平面基板；一第一鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該場景的一第一側，該第一鏡頭元件形成該第一凸鏡頭表面；以及一第二鏡頭元件，結合到該第一平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第二鏡頭元件形成該第二凹鏡頭表面；以及該第二晶圓級鏡頭包括：一第二平面基板；一第三鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該場景的一第一側，該第三鏡頭元件形成該第三凹鏡頭表面；以及一第四鏡頭元件，結合到該第二平面基板的面向該影像平面的一第二側，該第四鏡頭元件形成該第四非球面鏡頭表面；其中該第二鏡頭元件的阿貝數大於該第一鏡頭元件的阿貝數。
  18. 如請求項第17項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其被配置成在825到875奈米的波長範圍中操作。
  19. 如請求項第17項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一晶圓級鏡頭被一體式地形成。
  20. 如請求項第19項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第二晶圓級鏡頭被一體式地形成。
  21. 如請求項第20項所述的四面、近紅外晶圓級鏡頭系統，其中該第一鏡頭元件、該第三鏡頭元件和該第四鏡頭元件具有相同的材料。
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