CN103250081A - 晶片级光学元件及其应用 - Google Patents

Abstract

一方面，本发明提供一种晶片级光学组件，其包括第一晶片级光学元件以及第二晶片级光学元件，第一晶片级光学元件包括第一对准结构，第二晶片级光学元件包括第二对准结构，其中第一对准结构与第二对准结构接触。

Description

晶片级光学元件及其应用

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月30日提交的名为“晶片级光学元件及其应用”的美国实用新型专利申请No.12/957,112的优先权，在此并入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及晶片级光学元件以及并入该晶片级光学元件的组件。

背景技术

并入晶片级光学元件的光学成像设备在包括消费电子产品的诸多领域中均获得应用。例如，包括晶片级光学元件的固态相机用于诸多消费电子产品中，诸如移动电话、数字照相机、计算机、玩具以及机动车行驶监测。为了满足需求，需要大批量制造晶片级光学元件以及光学组件。因此，晶片级光学元件以及组件的高效制造是很重要的。

但是，复合良率问题对通过晶片到晶片集成技术构造的堆叠光学组件提出重大挑战，这导致出现废产品且提高无效率。而且，晶片到晶片的未对准会波及大量光学组件中的光学元件的未对准，由此进一步降低良率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供晶片级光学元件以及组装晶片级光学元件的方法，其在一些实施例中可以缓和复合良率问题以及在光学组件的中的光学元件的未对准。

一方面，本发明提供一种晶片级光学组件，包括：第一光学元件，其从光学元件的第一阵列单片化（singulated），第一光学元件包括第一对准结构；以及第二光学元件，该第二光学元件包括第二对准结构，其中第一对准结构和第二对准结构接触。在一些实施例中，第二光学元件从光学元件的第二阵列单片化。在一些实施例中，光学元件的第一阵列和光学元件的第二阵列不同。在一些实施例中，光学元件的第一阵列与光学元件的第二阵列是同一阵列。

在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件包括至少一个平面状表面。在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件包括多个平面状表面。在一些实施例中，一个或多个平面状表面位于第一光学元件和/或第二光学元件的外周。在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件的外周具有多边形形状。

如本文所述，在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件从晶片或光学元件的阵列单片化，单片化处理为第一和/或第二光学元件提供一个或多个平面状表面。

此外，在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件包括位于组件的外周的一个或多个平面状表面。在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件的外周具有多边形形状。

在一些实施例中，第一光学元件的第一对准结构位于第一光学元件的通光孔径的外部。在一些实施例中，第二光学元件的第二对准结构位于第二光学元件的通光孔径（clear aperture）的外部。

在一些实施例中，第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围连续。在一些实施例中，第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围不连续。在第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围不连续的一些实施例中，第一对准结构包括可操作以接触第二光学元件的第二对准结构的多个离散的对准结构。

此外，在一些实施例中，第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围连续。在一些实施例中，第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围不连续。在第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围不连续的一些实施例中，第二对准结构包括可操作以接触第一光学元件的第一对准结构的多个离散的对准结构。

在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括不连续的第一对准结构，该第一对准结构包括与第二光学元件的连续的第二对准结构接触的多个离散对准结构。在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括与第二光学元件的不连续的第二对准结构的多个离散对准结构接触的连续的第一对准结构。在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括不连续的第一对准结构，该第一对准结构包括与第二光学元件的不连续的第二对准结构的多个离散对准结构接触的多个离散的对准结构。

在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件位于电光元件的上方，从而提供光学成像设备。在一些实施例中，电光元件包括电磁辐射感测元件。在一些实施例中，电光元件产生要由光学成像设备提供的电磁辐射。

另一方面，本发明提供制造光学成像设备的方法。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法包括：提供包括对准结构的单片化第一物体侧光学元件；以及，提供像侧晶片，该像侧晶片包括具有对准结构的第一像侧光学元件。单片化第一物体侧光学元件位于第一像侧光学元件的上方，并且通过使第一物体侧光学元件的对准结构与第一像侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第一像侧光学元件对准，从而在像侧晶片上的第一位置处提供第一光学组件。在一些实施例中，在第一像侧光学元件的上方定位单片化第一物体侧光学元件之前确定第一物体侧光学元件和/或第一像侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第一光学组件的焦距；计算第一光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第一光学组件的位置处调整像侧晶片的高度，从而将第一光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第一电光元件耦合到第一光学组件。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括提供包括对准结构的单片化第二物体侧光学元件以及提供像侧晶片的第二像侧光学元件，第二像侧光学元件包括对准结构。在一些实施例中，单片化第二物体侧光学元件位于第二像侧光学元件的上方，并通过使第二物体侧光学元件的对准结构与第二像侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第二像侧光学元件对准，从而在像侧晶片上的第二位置处提供第二光学组件。在一些实施例中，在第二像侧光学元件的上方定位第二物体侧光学元件之前确定第二物体侧光学元件和/或第二像侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第二光学组件的焦距；计算第二光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第二光学组件的位置处调整像侧晶片的高度，从而将第二光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。

在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度不同于在第二光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度。在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度与在第二光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度相同或基本相同。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第二电光元件耦合到第二光学组件。

替代地，在一些实施例中，制造光学成像设备的方法包括：提供包括对准结构的单片化第一像侧光学元件；以及提供物体侧晶片，该物体侧晶片包括具有对准结构的物象侧光学元件。单片化第一像侧光学元件位于第一物体侧光学元件的上方，并且通过使第一像侧光学元件的对准结构与第一物体侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第一物体侧光学元件对准，从而在物体侧晶片上的第一位置处提供第一光学组件。在一些实施例中，在第一物体侧光学元件的上方定位单片化第一像侧光学元件之前确定第一像侧光学元件和/或第一物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第一光学组件的焦距；计算第一光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第一光学组件的位置处调整物体侧晶片的高度，从而将第一光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第一电光元件耦合到第一光学组件。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括提供包括对准结构的单片化第二像侧光学元件以及提供物体侧晶片的第二物体侧光学元件，第二物体侧光学元件包括对准结构。在一些实施例中，单片化第二像侧光学元件位于第二物体侧光学元件的上方，并通过使第二像侧光学元件的对准结构与第二物体侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第二物体侧光学元件对准，从而在物体侧晶片上的第二位置处提供第二光学组件。在一些实施例中，在第二物体侧光学元件的上方定位第二像侧光学元件之前确定第二像侧光学元件和/或第二物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第二光学组件的焦距；计算第二光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第二光学组件的位置处调整物体侧晶片的高度，从而将第二光学组件的焦点处设置在像平面处或像平面附近。

在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度不同于在第二光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度。在一些实施例中，在第一光学组件的位置将物体侧调整到的高度与在第二光学组件的位置将物体侧晶片调整到的高度相同或基本相同。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第二电光元件耦合到第二光学组件。

在下文的详细说明中更详细描述上述和其他实施例。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件的截面图。

图2示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件的截面图。

图3示出根据本发明一个实施例的光学成像设备的截面图。

图4示出根据本发明一个实施例提供单片化第一物体侧晶片级光学元件以及单片化第二物体侧晶片级光学元件的截面图。

图5示出根据本发明一个实施例的像侧晶片的截面图。

图6示出根据本发明一个实施例，在像侧晶片级光学元件的上方定位单片化物体侧晶片级光学元件的截面图。

图7示出根据本发明一个实施例，通过对准结构将单片化物体侧晶片级光学元件与像侧晶片级光学元件对准的截面图。

图8示出根据本发明一个实施例，根据第一光学组件和第二光学组件的所计算的聚焦补偿支脚调整像侧晶片的高度的截面图。

图9示出根据本发明一个实施例，单片化像侧晶片以提供离散的光学组件的截面图。

图10示出根据本发明一个实施例，将单片化第一光学组件耦合到第一电光元件以及将单片化第二光学组件耦合到第二电光元件的截面图。

图11示出根据本发明一个实施例的包括单片（monolithic）光学元件的晶片级光学组件的截面图。

图12示出根据本发明一个实施例的光学组件的截面图，其中物体侧光学元件具有与像侧光学元件不同的节距。

图13示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件。

图14示出根据本发明一个实施例的包括不连续的第一对准结构的第一光学元件的俯视图。

图15示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件的截面图。

具体实施方式

一方面，本发明提供一种晶片级光学组件，其包括：第一光学元件，其从光学元件阵列单片化，第一光学元件包括第一对准结构；以及第二光学元件，第二光学元件包括第二对准结构，其中第一对准结构和第二对准结构彼此接触。在一些实施例中，第二光学元件从光学元件的第二阵列单片化。在一些实施例中，光学元件的第一阵列和光学元件的第二阵列不同。在一些实施例中，光学元件的第一阵列和光学元件的第二阵列是同一阵列。

在光学组件的一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件包括至少一个平面状表面。在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件包括多个平面状表面。在一些实施例中，一个或多个平面状表面位于第一光学元件和/或第二光学元件的外周。在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件的外周具有多边形形状，包括但不限于三角形、正方形、矩形、五边形或六边形。

在一些实施例中，例如，第一光学元件和/或第二光学元件从光学晶片单片化，单片化处理为第一和/或第二光学元件提供一个或多个平面状表面。

而且，在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件包括位于组件外周的一个或多个平面状表面。在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件的外周具有多边形形状，包括但不限于三角形、正方形、矩形、五边形或六边形。

图13示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件。晶片级光学组件（130）包括堆叠结构的光学元件（131、132、133），其中如本文所述，光学元件（131、132、133）中的至少两个具有彼此接触的对准结构（未示出）。光学元件（131、132、133）具有位于元件外周的平面状表面（134、135、136），由此提供正方形外周。如本文所述，在一些实施例中，光学元件（131、132、133）从光学元件的阵列单片化，单片化为光学元件（131、132、133）提供一个或多个平面状表面以及多边形形状。而且，晶片级光学组件（130）的外周具有正方形形状。在本文所述的晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件的第一对准结构位于第一光学元件的通光孔径的外部。在一些实施例中，第二光学元件的第二对准结构位于第二光学元件的通光孔径的外部。

在一些实施例中，第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围连续。在一些实施例中，第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围不连续。在第一对准结构在第一光学元件的通光孔径周围不连续的一些实施例中，第一对准结构包括可操作以接触第二光学元件的第二对准结构的一个或多个离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第一对准结构可以包括任意数目的离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第一对准结构包括至少一个、至少两个或至少三个离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第一对准结构包括至少四个或至少五个离散的对准结构。

在一些实施例中，第一对准结构包括凸起。在一些实施例中，凸起第一对准结构具有适于与第二光学元件的凹陷的第二对准结构耦合或配合的尺寸。在一些实施例中，第一对准结构包括围绕第一光学元件的通光孔径的连续凸起。在一些实施例中，第一对准结构包括可操作以用于与第二光学元件的一个或多个凹陷的第二对准结构耦合或配合的一个或多个不连续或离散的凸起。

在一些实施例中，第一对准结构包括凹陷。在一些实施例中，凹陷的第一对准结构具有适于与第二光学元件的一个或多个凸起第二对准结构耦合或配合的尺寸。在一些实施例中，第一对准结构包括围绕第一光学元件的通光孔径的连续凹陷。在一些实施例中，第一对准结构包括可操作以用于与第二光学元件的一个或多个凸起第二对准结构耦合或配合的一个或多个不连续或离散的凹陷。

图14示出根据本发明一个实施例的，包括不连续的第一对准结构的第一光学元件，不连续的第一对准结构包括多个离散的对准结构。在图14中所示的实施例中，第一光学元件（140）的不连续的第一对准结构包括四个离散的凸起对准结构（141）。

此外，在一些实施例中，第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围连续。在一些实施例中，第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围不连续。在第二对准结构在第二光学元件的通光孔径周围不连续的一些实施例中，第二对准结构包括可操作以接触第一光学元件的第一对准结构的一个或多个离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第二对准结构可以包括任意数目的离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第二对准结构包括至少两个或至少三个离散的对准结构。在一些实施例中，不连续的第二对准结构包括至少四个或至少五个离散的对准结构。

在一些实施例中，第二对准结构包括凸起。在一些实施例中，凸起第二对准结构具有适于与第一光学元件的凹陷的第一对准结构耦合或配合的尺寸。在一些实施例中，第二对准结构包括围绕第二光学元件的通光孔径的连续凸起。在一些实施例中，第二对准结构包括可操作以用于与第一光学元件的一个或多个凹陷的第一对准结构耦合或配合的一个或多个不连续或离散的凸起。

在一些实施例中，第二对准结构包括凹陷。在一些实施例中，凹陷的第二对准结构具有适于与第一光学元件的一个或多个凸起第一对准结构耦合或配合的尺寸。在一些实施例中，第二对准结构包括围绕第二光学元件的通光孔径的连续凹陷。在一些实施例中，第二对准结构包括可操作以用于与第一光学元件的一个或多个凸起第一对准结构耦合或配合的一个或多个不连续或离散的凹陷。

在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括不连续的第一对准结构，该第一对准结构包括与第二光学元件的连续的第二对准结构接触的多个离散的对准结构。在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括与第二光学元件的不连续的第二对准结构接触的多个离散的对准结构的连续的第一对准结构。在晶片级光学组件的一些实施例中，第一光学元件包括不连续的第一对准结构，该第一对准结构包括与第二光学元件的不连续的第二对准结构的多个离散的对准结构接触的多个离散的对准结构。

在一些实施例中，第一和/或第二光学元件的离散的对准结构可以在第一和第二光学元件彼此接触时减小第一和第二光学元件之间的摩擦。而且，在一些实施例中，第一和/或第二光学元件的离散的对准结构可以减小在第一和第二光学元件之间的接触表面积，由此降低彼此接触时过度压迫第一和第二光学元件的趋势。

图15示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件的截面图。图15的实施例中的晶片级光学组件（150）包括具有连续的第一对准结构（152）的单片化第一光学元件（151）以及具有不连续的第二对准结构的单片化第二光学元件（140），该不连续的第二对准结构包括如图14中所示的离散的对准结构（141）。第一光学元件（151）的连续的对准结构（152）接触第二光学元件（140）的离散的对准结构（141），由此至少部分地辅助实现第一光学元件（151）与第二光学元件（140）的所需对准。而且，在图15中所示的实施例中，第一光学元件（151）的连续的对准结构（152）包括位于对准结构（152）的顶点处或顶点附近的平面状表面或平坦表面（155）。在一些实施例中，平面状表面或平坦表面（155）可操作以接触第二光学元件（140）的表面（156），由此在接触第二光学元件（141）时辅助控制第一光学元件（151）的倾斜和/或轴向高度。

替代地，在一些实施例中，第一光学元件包括具有离散的对准结构的不连续的第一对准结构，并且第二光学元件包括连续的第二对准结构。在一些实施例中，第一光学元件的离散的对准结构包括位于可操作以接触第二光学元件的相应表面的结构的顶点处或顶点附近的平面状表面或平坦表面，由此在接触第二光学元件时辅助控制第一光学元件的倾斜和/或轴向高度。

在一些实施例中，本文所述的光学组件的第一光学元件包括具有至少一个光学表面的辐射透射基板以及第一对准结构。在一些实施例中，第二光学元件包括具有至少一个光学表面的辐射透射基板以及第二对准结构。

在一些实施例中，第一和/或第二光学元件的辐射透射基板包括不与本发明目的矛盾的任意类型的玻璃。在一些实施例中，辐射透射基板包括不与本发明目的矛盾的任意聚合物或溶胶凝胶材料。在一些实施例中，例如，辐射透射聚合物材料包括聚碳酸酯或聚丙烯酸酯，诸如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或其混合物。

如本文所述，辐射透射基板包括一个或多个光学表面。在一些实施例中，光学表面包括可操作以与电磁辐射相互作用的透镜或其他折射光学元件。

例如，在一些实施例中，光学表面包括凸面、凹面、球面或非球面形状，包括同时在一些区域为凹面并在其他区域为凸面。在辐射透射基板的相反侧包括光学表面的一些实施例中，该相反侧组合地形成双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、正弯月透镜或负弯月透镜。

在一些实施例中，第一和/或第二光学元件的光学表面包括一种或多种聚合物材料。在一些实施例中，光学表面包括一种或多种环氧化物、氧杂环丁烷、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、硫醇烯、乙烯醚或其混合物或共聚物。在一些实施例中，光学表面包括一种或多种含氟聚合物，包括全氟环丁基（PFCB）基聚合物。

在光学元件包括多个光学表面的一些实施例中，独立选择用于各个光学表面的材料。替代地，在一些实施例中，参考彼此选择用于光学元件的光学表面的材料。

此外，在一些实施例中，光学表面包括可操作以选择性通过或选择性阻挡电磁波谱区域的滤波材料。

在一些实施例中，光学表面直接形成在辐射透射基板上。在一些实施例中，例如，光学表面可以在辐射透射基板上复制地或光刻地制造。在一些实施例中，光学表面独立于辐射透射基板形成并且随后耦合或沉积在辐射透射基板上。

图1示出根据本发明一个实施例的晶片级光学组件的截面图。图1的实施例中的光学组件（10）包括具有第一对准结构（12）的第一光学元件（11）以及包括第二对准结构（14）的第二光学元件（13），其中第一对准结构（12）和第二对准结构（14）彼此接触。

第一光学元件（11）进一步包括辐射透射基板（15），辐射透射基板（15）包括光学表面（7、16）。如图1中所示，第一对准结构（12）耦合至辐射透射基板（15）并与光学表面（7）连续。在一些实施例中，第一对准结构（12）与辐射透射基板（15）的光学表面（7）不连续。第一晶片级光学元件（11）还包括平面状表面（17）。在一些实施例中，通过从光学元件的晶片或阵列中单片化光学元件（11）而提供第一晶片级光学元件（11）的平面状表面（17）。

第二光学元件（13）进一步包括辐射透射基板（18），辐射透射基板（18）包括光学表面（3、19）。第二对准结构（14）耦合至辐射透射基板（18）并与光学表面（3）连续。在一些实施例中，第二对准机构（14）与辐射透射基板（18）的光学表面（3）不连续。图1的第二光学元件（13）还包括平面状表面（5）。在一些实施例中，通过从光学元件的晶片或阵列中单片化光学元件（13）而提供第二光学元件（13）的平面状表面（5）。

在一些实施例中，本文所述的光学组件的第一和/或第二光学元件具有包括一个或多个光学表面的单片结构。在具有单片结构时，在一些实施例中，第一和/或第二光学元件不包括支撑辐射透射基板。在一些实施例中，单片光学元件的光学表面包括凸面、凹面、球面或非球面形状，包括同时在一些区域为凹面且在其他区域为凸面。在单片光学元件的相反侧包括光学表面的一些实施例中，该相反侧组合地形成双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、正弯月透镜或负弯月透镜。

在一些实施例中，单片光学元件包括不与本发明目的矛盾的任意类型的玻璃。在一些实施例中，单片光学元件包括一种或多种聚合物材料。在一些实施例中，例如单片光学元件包括一种或多种环氧化物、氧杂环丁烷、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、硫醇烯、乙烯醚或其混合物或共聚物。在一些实施例中，单片光学元件包括一种或多种含氟聚合物，包括全氟环丁基（PFCB）基聚合物。

图2示出根据本发明一个实施例的包括单片光学元件的晶片级光学组件的截面图。图2的晶片级光学组件（20）包括具有第一对准结构（23）的第一单片光学元件（22）以及具有第二对准结构（25）的第二单片晶片级光学元件（24），其中第一对准结构（23）和第二对准结构（25）彼此接触。

图2中所示的第一单片光学元件（22）被至少部分地设置在晶片（26）的孔或穿孔中。在一些实施例中，晶片（26）为第一单片光学元件（22）提供一个或多个平面状表面（27）。如本文进一步所述，在一些实施例中，晶片（26）已经被从较大晶片（未示出）单片化以将第一单片光学元件（22）与被设置在较大晶片的孔或穿孔中的其他光学元件隔离。在一些实施例中，晶片（26）的单片化为第一光学元件（22）提供一个或多个平面状表面（27）。

而且，图2中所示的第二单片光学元件（24）被至少部分地设置在晶片（28）的孔或穿孔中。在一些实施例中，晶片（28）为第二单片晶片级光学元件（24）提供一个或多个平面状表面（29）。在一些实施例中，晶片（28）已经被从较大晶片（未示出）单片化以将第二单片光学元件（22）与被设置在较大晶片的孔或穿孔中的其他光学元件隔离。在一些实施例中，晶片（28）的单片化为第二光学元件（24）提供一个或多个平面状表面（30）。

在图2的实施例中，第一对准结构（23）和第二对准结构（25）接触且至少部分地辅助实现第一光学元件（22）和第二光学元件（24）的所需对准。第一光学元件（22）的晶片（26）还耦合至第二光学元件（24）的晶片（28）。

在一些实施例中，本文所述的光学组件进一步包括一个或多个聚焦补偿支脚以将光学组件的焦点设置在所需像平面处或像平面附近。在一些实施例中，一个或多个聚焦补偿支脚可以位于光学组件的任意位置。在一些实施例中，聚焦补偿支脚与第一光学元件关联。在一些实施例中，聚焦补偿支脚与第二光学元件关联。在一些实施例中，聚焦补偿支脚与第一和第二光学元件关联。

再次参考图2，聚焦补偿支脚（32、33）被设置在第二单片光学元件（24）的晶片（28）上以将光学组件（20）的焦点设置在所需像平面处或像平面附近。

图11示出根据本发明一个实施例的包括单片光学元件的晶片级光学组件的截面图。图11的光学组件（110）包括具有第一对准结构（112）的第一单片晶片级光学元件（111）以及包括第二对准结构（114）的第二单片晶片级光学元件（113），其中第一对准结构（112）和第二对准结构（114）彼此接触。第一单片晶片级光学元件（111）和第二单片晶片级光学元件（113）进一步包括平面状表面（115、116）。

在一些实施例中，本文所述的晶片级光学组件位于电光元件的上方以提供光学成像设备。在一些实施例中，电光元件包括电磁辐射感测元件。在一些实施例中，电磁辐射感测元件包括可操作以检测由光学成像设备接收的电磁辐射的光敏区。

在一些实施例中，包括光敏区的感测元件包括半导体。不与本发明目的矛盾的任何合适的半导体都可以用作包括光敏区的感测元件。在一些实施例中，半导体包括IV族半导体，包括硅或IV族元素的任意组合。在另一实施例中，半导体包括III/V族半导体或II/VI族半导体。

在一些实施例中，感测元件的光敏区包括焦平面阵列。在一些实施例中，焦平面阵列是包括640×480个像素的VGA传感器。在一些实施例中，传感器包括更少的像素（例如CIF、QCIF）或更多的像素（一百万或更多的像素）。

在一个实施例中，包括光敏区的感测元件包括电荷耦合器件（CCD）。在另一实施例中，包括光敏区的感测元件包括互补金属氧化物半导体（CMOS）架构。

在一些实施例中，电光元件产生将由光学成像设备提供的电磁辐射。可以使用不与本发明的目的矛盾的用于产生电磁辐射的任何所需元件。在一些实施例中，产生电磁辐射的电光元件包括一个或多个发光二极管（LED）。在一些实施例中，LED包括诸如无机半导体的无机材料。在其他实施例中，LED包括诸如包括聚合物半导体的有机半导体的有机材料。在进一步的实施例中，LED包括有机和无机材料的混合物。

图3示出根据本发明一个实施例的耦合至电光元件的图2的光学组件。在图3中所示的实施例中，光学组件（20）通过聚焦补偿支脚（32、33）耦合到电光元件（31），从而提供光学成像设备（30）。在一些实施例中，电光元件（31）已经被从电光元件晶片的其他电光元件（未示出）中单片化。

另一方面，本发明提供制造光学成像设备的方法。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法包括：提供包括对准结构的单片化第一物体侧光学元件；以及提供像侧晶片，该像侧晶片包括具有对准结构的第一像侧光学元件。单片化第一物体侧光学元件位于第一像侧光学元件的上方，并且通过使第一物体侧光学元件的对准结构和第一像侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第一像侧光学元件对准，从而在像侧晶片上的第一位置处提供第一光学组件。在一些实施例中，在第一像侧光学元件的上方定位单片化第一物体侧光学元件之前确定第一物体侧光学元件和/或第一像侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，确定物体侧光学元件和/或像侧光学元件的一个或多个光学性质允许在将光学元件进一步加工成光学组件和/或光学成像设备之前识别不满足规格或性能需求的光学元件。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第一光学组件的焦距；计算第一光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且调整位于第一光学组件位置的像侧晶片的高度，从而在像平面处或像平面附近提供第一光学组件的焦点。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第一电光元件耦合至第一光学组件。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括提供包括对准结构的单片化第二物体侧光学元件以及提供像侧晶片的第二像侧光学元件，第二像侧光学元件包括对准结构。在一些实施例中，单片化第二物体侧光学元件位于第二像侧光学元件的上方，并通过使第二物体侧光学元件的对准结构与第二像侧光学元件的对准元件接触而至少部分地与第二像侧光学元件对准，从而在像侧晶片的上的第二位置处提供第二光学组件。在一些实施例中，在第二像侧光学元件的上方定位第二物体侧光学元件之前确定第二物体侧光学元件和/或第二像侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第二光学组件的焦距；计算第二光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第二光学组件的位置处调整像侧晶片的高度，从而将第二光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。

在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度不同于在第二光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度。在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度与在第二光学组件的位置处将像侧晶片调整到的高度相同或基本相同。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第二电光元件耦合到第二光学组件。

图4示出根据本发明一个实施例的提供单片化第一物体侧光学元件和单片化第二物体侧光学元件的截面图。在图4（a）的实施例中，提供包括第一物体侧光学元件（42）和第二物体侧光学元件（43）的晶片（41）。第一和第二物体侧光学元件（42、43）位于晶片（41）的孔或穿孔（44、45）中。第一和第二物体侧光学元件（42、43）显示弯月结构且包括对准结构（46、47）。在图4中所示的实施例中，对准结构（46、47）与第一和第二物体侧光学元件（42、43）的光学表面连续。

在一些实施例中，第一和第二物体侧光学元件（42、43）被模制在晶片（41）的孔或穿孔（44、45）中。在一些实施例中，例如，穿孔晶片（41）可以被放置于模具中，其中模具的特征负责提供与穿孔（44、45）对准的第一和第二物体侧光学元件（42、43）的架构，由此使光学元件（42、43）形成在穿孔（44、45）中。

如图4（b）中所示，包括第一和第二物体侧光学元件（42、43）的晶片（41）被单片化，从而提供单片化第一物体侧光学元件（42）以及单片化第二物体侧光学元件（43）。

图5示出根据本发明一个实施例的像侧晶片的截面图。像侧晶片（50）包括第一像侧光学元件（51）以及第二像侧光学元件（52）。第一和第二像侧光学元件（51、52）包括对准结构（53、54）。在图5的实施例中，第一和第二像侧光学元件（53、54）位于像侧晶片（50）的孔或穿孔（55、56）中。在一些实施例中，第一和第二像侧光学元件（51、52）被模制在像侧晶片（50）的孔或穿孔（55、56）中。在一些实施例中，根据本文所述的方法将第一和第二像侧光学元件（51、52）模制在像侧晶片（50）的孔或穿孔（55、56）中。

图6示出根据本发明一个实施例，在像侧晶片级光学元件的上方定位单片化物体侧光学元件的截面图。如图6中所示，单片化第一物体侧光学元件（42）位于第一像侧光学元件（51）的上方。在一些实施例中，粘合剂（61）被设置在物体侧光学元件（42）的单片化晶片（41）和在第一像侧光学元件（51）的位置处的像侧晶片（50）之间。

在图6的实施例中，单片化第二物体侧光学元件（43）位于第二像侧光学元件（52）的上方。在一些实施例中，粘合剂（62）被设置在第二物体侧光学元件（43）的单片化晶片（41）和在第二像侧光学元件（52）的位置处的像侧晶片（50）之间。

图7示出根据本发明一个实施例，通过对准结构对准单片化物体侧光学元件和晶片级像侧光学元件的截面图。如图7中所示，单片化第一物体侧光学元件（42）的对准结构（46）接触第一像侧光学元件（51）的对准结构（53），由此辅助提供在单片化第一物体侧光学元件（42）和第一像侧光学元件（51）之间的所需对准，从而提供第一光学组件（70）。而且，单片化第二物体侧光学元件（43）的对准结构（47）接触第二像侧光学元件（52）的对准结构（54），由此辅助提供在单片化第二物体侧光学元件（43）和第二像侧光学元件（52）之间的所需对准，从而提供第二光学组件（71）。

在一些实施例中，一旦在单片化第一物体侧光学元件（42）和第一像侧光学元件（51）之间实现所需对准，则使在物体侧光学元件（42）的单片化晶片（41）和像侧晶片（50）之间的粘合剂（61）固化或硬化，从而就地锁定对准。在一些实施例中，一旦在单片化第二物体侧光学元件（43）和第二像侧光学元件（52）之间实现所需对准，则将在物体侧光学元件（43）的单片化晶片（41）和像侧晶片（50）之间的粘合剂（62）固化或硬化，从而就地锁定对准。在一些实施例中，在第一光学组件（70）处的粘合剂（61）的固化或硬化与在第二光学组件（71）的粘合剂（62）的固化或硬化同时或基本同时进行。在一些实施例中，在第一光学组件（70）处的粘合剂（61）的固化或硬化相对于在第二光学组件（71）的粘合剂（62）的固化或硬化顺序进行。

图8示出根据本发明一个实施例，根据第一光学组件和第二光学组件的所计算的聚焦补偿调整像侧晶片的高度的截面图。在图8的实施例中，调整在第一光学组件（70）的位置处的像侧晶片（50）的高度，从而提供可操作以在所需像平面处或像平面附近提供第一光学组件（70）的焦点的聚焦补偿支脚（81）。此外，调整在第二光学组件（71）的位置处的像侧晶片（50）的高度，从而提供可操作以在所需像平面处或像平面附近提供第二光学组件（71）的焦点的聚焦补偿支脚（82）。

在一些实施例中，聚焦补偿支脚（81）具有与聚焦补偿支脚（82）不同的高度。在一些实施例中，聚焦补偿支脚（81）具有与聚焦补偿支脚（82）相同或基本相同的高度。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括从第二光学组件中单片化第一光学组件。在一些实施例中，单片化像侧光学晶片以提供离散的第一和第二光学组件。图9示出根据本发明一个实施例，单片化像侧晶片以提供离散的光学组件的截面图。如图9中所示，单片化像侧晶片（50）以提供独立于第二光学组件（71）的第一光学组件（70）。因为像侧晶片（50）的单片化独立于物体侧光学元件（42、43）的晶片（41）的单片化进行，因此在一些实施例中，像侧晶片可以具有小于或大于晶片（41）的宽度（92）的宽度（91）。在一些实施例中，像侧晶片（50）的宽度（91）与物体侧光学元件（42、43）的晶片（41）的宽度（92）基本相同。

而且，在一些实施例中，单片化物体侧光学元件具有与像侧光学元件不同的节距。图12示出根据本发明一个实施例的、物体侧光学元件具有与像侧光学元件不同的节距的光学组件。如图12中所示，物体侧光学元件（42、43）具有不同于像侧晶片（50）的像侧光学元件（51、52）的节距（121）的节距（120）。在一些实施例中，在利用粘合材料（61、62）就地锁定物体侧光学元件（42、43）的对准之后单片化像侧晶片（50）。如本文所述，在一些实施例中，像侧晶片（50）的单片化提供离散或独立的光学组件（71、72）。在图12的实施例中，光学组件（71、72）的像侧晶片（50）的宽度大于物体侧光学元件（42、43）的晶片（41）的宽度。在一些实施例中，粘合材料（61、62）溢出到未被物体侧光学元件（42、43）的晶片（41）覆盖的像侧晶片的宽度（63、64）上。

图10示出根据本发明一个实施例，将单片化第一光学组件耦合到第一电光元件以及将单片化第二光学组件耦合到第二电光元件的截面图。如图10中所示，将单片化第一光学组件（70）耦合到单片化第一电光元件（100）以提供第一光学成像设备（101），并且将单片化第二光学组件（71）耦合到单片化第二电光元件（102）以提供第二光学成像设备（103）。在图10的实施例中，单片化第一（70）和第二（71）光学组件通过聚焦补偿支脚（81、82）耦合到单片化第一（100）和第二（102）电光元件。

在一些实施例中，本文所述的光学组件通过除聚焦补偿支脚之外的结构耦合到电光元件。在光学组件未通过聚焦补偿支脚耦合到电光元件的一些实施例中，光学组件可以不包括聚焦补偿支脚，或聚焦补偿支脚在光学组件中的放置排除与电光元件的结合。

此外，在一些实施例中，在包括多个电光元件的晶片上填充单片化光学组件，由此提供多个接合的光学成像设备。可以将电光元件单片化以提供多个离散的光学成像设备。

替代地，在一些实施例中，制造光学成像设备的方法包括：提供包括对准结构的单片化第一像侧光学元件；以及提供物体侧晶片，该物体侧晶片包括具有对准结构的物象侧光学元件。单片化第一像侧光学元件位于第一物体侧光学元件的上方，并且通过使第一像侧光学元件的对准结构和第一物体侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第一物体侧光学元件对准，从而在物体侧晶片上的第一位置处提供第一光学组件。在一些实施例中，在第一物体侧光学元件的上方定位单片化第一像侧光学元件之前确定第一像侧光学元件和/或第一物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第一光学组件的焦距；计算第一光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第一光学组件的位置处调整物体侧晶片的高度，从而将第一光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第一电光元件耦合至第一光学组件。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括提供包括对准结构的单片化第二像侧光学元件以及提供物体侧晶片的第二物体侧光学元件，第二物体侧光学元件包括对准结构。在一些实施例中，单片化第二像侧光学元件位于第二物体侧光学元件的上方，并通过使第二像侧光学元件的对准结构与第二物体侧光学元件的对准结构接触而至少部分地与第二物体侧光学元件对准，从而在物体侧晶片上的第二位置处提供第二光学组件。在一些实施例中，在第二物体侧光学元件的上方定位第二像侧光学元件之前确定第二像侧光学元件和/或第二物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括：确定第二光学组件的焦距；计算第二光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在第二光学组件的位置处调整物体侧晶片的高度，从而将第二光学组件的焦点处设置在像平面处或像平面附近。

在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度不同于在第二光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度。在一些实施例中，在第一光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度与在第二光学组件的位置处将物体侧晶片调整到的高度相同或基本相同。

在一些实施例中，制造光学成像设备的方法进一步包括将第二电光元件耦合至第二光学组件。

已经说明了本发明的各个实施例以实现本发明的各个目的。应当认识到这些实施例仅是本发明的原理的示例。，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，多种修改和其适应对本领域技术人员是显而易见的。

Claims (26)

1.一种晶片级光学组件，包括：

第一光学元件，所述第一光学元件从光学元件的阵列单片化，所述第一光学元件包括第一对准结构；以及

第二光学元件，所述第二光学元件包括第二对准结构，其中所述第一对准结构与所述第二对准结构接触。

2.根据权利要求1所述的晶片级光学组件，其中所述第一光学元件的外周包括至少一个平面状表面。

3.根据权利要求1所述的晶片级光学组件，其中所述第一光学元件的外周具有多边形形状。

4.根据权利要求1所述的晶片级光学组件，其中所述第一对准结构位于所述第一光学元件的通光孔径的外部。

5.根据权利要求4所述的晶片级光学组件，其中所述第一对准结构在所述第一光学元件的通光孔径周围连续。

6.根据权利要求4所述的晶片级光学组件，其中所述第一对准结构在所述第一光学元件的通光孔径周围不连续。

7.根据权利要求6所述的晶片级光学组件，其中所述第一对准结构包括多个离散的对准结构。

8.根据权利要求2所述的晶片级组件，其中所述第二光学元件的外周包括至少一个平面状表面。

9.根据权利要求8所述的晶片级组件，其中所述第二光学元件的外周具有多边形形状。

10.根据权利要求5所述的晶片级光学组件，其中所述第二对准结构在所述第二光学元件的通光孔径周围连续。

11.根据权利要求5所述的晶片级光学组件，其中所述第二对准结构在所述第二光学元件的通光孔径周围不连续。

12.根据权利要求6所述的晶片级光学组件，其中所述第二对准结构在所述第二光学元件的通光孔径周围不连续。

13.根据权利要求1所述的晶片级光学组件，其中所述第一光学元件被至少部分地设置在第一晶片的穿孔中。

14.根据权利要求13所述的晶片级光学组件，其中所述第二光学元件被至少部分地设置在第二晶片的穿孔中。

15.根据权利要求14所述的晶片级光学组件，其中所述第一晶片被耦合到所述第二晶片。

16.一种制造光学成像设备的方法，包括：

提供单片化第一物体侧光学元件，所述单片化第一物体侧光学元件包括对准结构；以及

提供像侧晶片，所述像侧晶片包括第一像侧光学元件，所述第一像侧光学元件包括对准结构。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述单片化第一物体侧光学元件包括具有多边形形状的外周。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在所述第一像侧光学元件的上方定位所述单片化第一物体侧光学元件；并且

通过使所述单片化第一物体侧光学元件的对准结构与所述第一像侧光学元件的对准结构接触而至少部分地使所述单片化第一物体侧光学元件与所述第一像侧光学元件对准，从而在所述像侧晶片上的第一位置处提供第一光学组件。

19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一像侧光学元件的上方定位所述单片化第一物体侧光学元件之前确定所述单片化第一物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：确定所述第一光学组件的焦距；计算所述第一光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且，在所述第一光学组件的位置处调整所述像侧晶片的高度，从而将所述第一光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将第一电光元件耦合到所述第一光学组件。

22.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：提供包括对准结构的单片化第二物体侧光学元件；提供包括对准结构的第二像侧光学元件；并且在所述像侧晶片上的所述第二像侧光学元件的上方定位所述单片化第二物体侧光学元件。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括通过使所述单片化第二物体侧光学元件的对准结构与所述第二像侧光学元件的对准结构接触而至少部分地使所述单片化第二物体侧光学元件与所述第二像侧光学元件对准，从而在所述像侧晶片上的第二位置处提供第二光学组件。

24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述第二像侧光学元件的上方定位所述单片化第二物体侧光学元件之前确定所述单片化第二物体侧光学元件的一个或多个光学性质。

25.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：确定所述第二光学组件的焦距；计算所述第二光学组件相对于像平面的聚焦补偿；并且在所述第二光学组件的位置处调整所述像侧晶片的高度，从而将所述第二光学组件的焦点设置在像平面处或像平面附近。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括将第二电光元件耦合到所述第二光学组件。

Images