TW201426986A - 變焦透鏡、光學裝置、用以製造其之方法及包含其之手持式電子器件 - Google Patents

變焦透鏡、光學裝置、用以製造其之方法及包含其之手持式電子器件 Download PDF

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Abstract

本發明闡述微型變焦透鏡系統及其製造方法。一實例性系統包含：一第一棱鏡，被定位成自該微型透鏡系統之一入口接收入射光；至少一第一可變焦距透鏡，被定位成接收自該棱鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第一可變焦距透鏡之後接收該光；一偵測器，被定位成在該光穿過該基體透鏡之後接收該光；以及一第一致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。該微型透鏡系統具有一小的z軸高度，並可實施於行動裝置(例如行動電話)中。

Description

微型光學變焦透鏡
本發明係關於光學系統及其製造方法；且更具體而言，係關於變焦透鏡系統及其製造方法。
光學系統中各組件之對準係達成最佳系統效能及一期望影像品質之一重要因素。用於例如各種手持式裝置(例如行動電話及手持式照相機)之小型光學系統之激增使對準公差(alignment tolerance)面臨更多挑戰，乃因此種裝置中之光學組件具有小的尺寸。因此，需要改善光學系統中各組件之對準，以在使系統之總體形狀因數(form factor)最小化之同時達到最佳效能。此外，有必要將用於例如消費者裝置(例如電話及手持式照相機)之光學系統之尺寸最小化。
所揭露之實施例係關於改善一光學系統中各光學組件之對準之系統及方法。所揭露之實施例更係關於微型變焦透鏡系統及其製造及組裝方法，該等方法能夠以簡化之方式製造小的透鏡系統。在某些實例性實施例中，所揭露之實施例用於對準一光學系統之可變焦距透鏡，以減小該系統之總體尺寸，同時最佳化其效能。
在具有移動光學組件之系統(例如變焦透鏡系統)中，光學組件之對準由於其行動性(mobility)而變得複雜。在某些系統中，光學組 件僅沿光軸(即沿z軸)移動，使得沿光軸之對準尤其重要。作為另一選擇或另外，在某些系統中(例如在一阿瓦雷茲透鏡(Alvarez-like lens)配置中)，光學組件可垂直於光軸移動，使得在多個維度中正確對準各元件更具挑戰性。在其中所用組件具有非球面或自由表面之系統中，由於此等組件可能不具有一對稱軸，因而對準問題可進一步加劇。
所揭露之實施例試圖提供以下方法及系統：所述方法及系統藉由使光學組件沿z軸(即光軸)及垂直於z軸二方向移動而正確對準該等光學組件，以在保持此種光學系統所擷取影像之品質之同時使光徑長度最小化。利用自由透鏡(例如阿瓦雷茲(Alvarez)透鏡)，除使透鏡及其他光學組件沿z軸移動之外，藉由相對於z軸成直角致動透鏡，亦可在小空間中達成一影像之最佳聚焦及變焦。
光徑長度之減小會使光學系統之總尺寸減小，乃因經由系統透鏡載送一影像所需之空間減小。因此，根據所揭露實施例之一微型光學系統中透鏡元件之最佳對準會使利用此種系統之裝置(例如行動電話及數位照相機)具有更小之光學系統。光學系統尺寸之減小使此種裝置具有更多空間用於放置其他組件(例如電池及處理器)，抑或能夠使其總體尺寸減小。由於此等裝置變得愈來愈小，關鍵技術組件之微型化對於維持製造及出售此種裝置之企業之競爭優勢而言至關重要。
所揭露實施例之一態樣係關於一種一體式光學裝置，該一體式裝置包含：一彈性懸置固定件，係利用一第一製程製作而成；以及一光學元件，該光學元件被整合(integrated)至該彈性懸置固定件中。該光學元件係利用一第二製程製作而成。在一個實例性實施例中，該第一製程包 含如下製程其中之一：一注射成型製程；一模內裝飾(in-mold decoration)製程；一熱衝壓製程；一金屬衝壓製程；一微加工製程，用以製作一基於晶片之模具(chip-based mold)；或一***成型製程。在另一實例性實施例中，該第二製程包含如下製程其中之一：一注射成型製程；一由一模具進行鑄造之製程(casting from a molde process)；一模內裝飾製程；一熱衝壓製程；一金屬衝壓製程；一微加工製程，用以製作一基於晶片之模具；或一***成型製程。
根據一個實例性實施例，該一體式光學裝置更包含如下其中之一或多者：一框架；一或多個對齊結構；一致動器，用以使該光學元件移位；一或多個附加光學元件；一或多個附加彈性元件；或一或多個剛性元件。在又一實例性實施例中，該彈性固定件被設置成使該光學元件沿一或多個方向移動。在再一實例性實施例中，該彈性固定件被設置成使該光學元件以三維方式移動。
在一個實例性實施例中，該一體式光學裝置更包含一致動器，該致動器用以使該彈性特徵移位，藉此使該光學元件移位。在另一實例性實施例中，該光學元件包含如下表面至少其中之一：一球面、一非球面、或一自由表面。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種包含上述一體式光學裝置之變焦透鏡。所揭露實施例之又一態樣係關於一種包含上述一體式光學裝置之手持式電子裝置。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種用於加工一一體式光學裝置之方法，該方法包含：獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置 成形成一彈性懸置固定件；注射一第一注射材料至該第一模具中；以及將一第二模具放置成接觸該第一模具及該第一模具內之該第一注射材料，其中該第二模具之結構被配置成形成一光學元件。該方法亦包含：注射一第二注射材料至該第二模具中；移除該第二模具；以及移除該第一模具，以獲得該彈性懸置固定件，該光學元件被整合至該彈性懸置固定件。
在一個實例性實施例中，該第一注射材料包含一第一聚合物，該第一聚合物適於形成該彈性懸置固定件，且該第二注射材料包含一第二聚合物，該第二聚合物適於形成該光學元件。在另一實例性實施例中，該方法更包含：更利用一精密機械加工工具來精製該一體式光學裝置之結構。在又一實例性實施例中，該方法更包含在移除該第一模具之前：將一第三模具放置成接觸該第一模具及該第一注射材料，其中該第三模具之結構被配置成形成一附加元件；以及注射一第三注射材料至該第三模具中。
根據另一實例性實施例，該附加元件係為如下其中之一：一附加光學元件；一附加彈性固定件；或一剛性固定件。在一個實例性實施例中，該附加元件係為一對齊固定件。在又一實例性實施例中，該一體式光學裝置中之組件係按照介於1微米至5微米間之一公差而被定位。在另一實例性實施例中，該第三注射材料係為與該第一注射材料與該第二注射材料其中之一相同之材料。
在一個實例性實施例中，該第一模具之結構被進一步配置成包含用於放置一致動機構之一溝槽。在另一實例性實施例中，上述方法更包含整合一金屬框架至該彈性懸置固定件中。在另一實例性實施例中，該金屬框架係利用一金屬衝壓技術而形成。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種用於加工一一體式光學裝置之方法，該方法包含：獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件及一光學元件；注射一第一注射材料至該第一模具中；注射一第二注射材料至該第一模具中；以及移除該第一模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種用於加工一一體式光學裝置之方法，該方法包含：獲得一模具，該模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件以及容置一光學元件；將該光學元件放置於該模具中；注射一第一注射材料至該模具中，以形成一彈性懸置固定件；以及移除該模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。在一個實例性實施例中，在將該光學元件放置於該模具中之前，將該光學元件由一模具鑄造而成。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種微型變焦透鏡系統，其包含：一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而自該微型透鏡系統之一入口接收入射光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使所接收之該光彎曲約90度；以及至少一第一可變焦距透鏡(varifocal lens)，被定位成接收自該棱鏡之該第二面出射之該光。該微型變焦透鏡系統更包含：至少一個基體透鏡(base lens)，被定位成在該光穿過該第一可變焦距透鏡之後接收該光；一偵測器，被定位成在該光穿過該基體透鏡之後接收該光；以及一第一致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
在一個實例性實施例中，該第一棱鏡之至少一個面具有一自由表面。在另一實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡係為如下其中之一：一液晶透鏡、一液體透鏡、或一阿瓦雷茲透鏡(Alvarez-like lens)。在另一實例性實施例中，該偵測器包含一互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)。在又一實例性實施例中，該第一致動器包含一線圈或一磁鐵其中之一。在再一實例性實施例中，上述微型變焦透鏡系統包含一結構平台，以使如下其中之一被直接模製於該結構平台上、被製作於該結構平台上、或與該結構平台整合為一體：該第一棱鏡、一第二棱鏡、該第一可變焦距透鏡、或一第二可變焦距透鏡。在一個實例性實施例中，該結構平台包含一彈簧撓曲元件(spring flexure element)。在另一實例性實施例中，該結構平台包含一框架及一臂。
根據另一實例性實施例，該結構平台框架包含一引線框架金屬結構，該引線框架金屬結構係為如下其中之一或多者：一金屬衝壓結構、一雷射切割結構、一碾磨結構(milled structure)、一蝕刻結構、或一模製結構。在此種實例性實施例中，該臂係被模製於該引線框架結構上，且該第一棱鏡、一第二棱鏡、該第一可變焦距透鏡、或一第二可變焦距透鏡的其中之一或多者被模製於該引線框架上。
在一個實例性實施例中，具有一預成型透鏡元件之一晶圓級光學組件被結合至該平台。在另一實例性實施例中，該第一致動器係為具有一雙向驅動(bidirectional drive)之一音圈(voice-coil)致動器。在又一實例性實施例中，該微型變焦透鏡系統亦包含第二致動器，該第二致動器係被設置成使該微型變焦透鏡系統中除該第一可變焦距透鏡之外之一光學 組件移動。在再一實例性實施例中，該第二致動器及該第一致動器係被設置成使除該第一可變焦距透鏡外之該光學組件及該第一可變焦距透鏡二者沿同一方向移位相同之距離。在一個實例性實施例中，除該第一可變焦距透鏡之外之該光學組件係為如下其中之一：一第二可變焦距透鏡、該至少一個基體透鏡、該第一棱鏡、或一第二棱鏡。
根據另一實例性實施例，該第一可變焦距透鏡具有一矩形或一橢圓形橫截面，該矩形或橢圓形橫截面包圍僅該第一可變焦距透鏡之一實質有效區域(active area)。在另一實例性實施例中，該微型變焦透鏡系統更包含一第二可變焦距透鏡，該第二可變焦距透鏡被定位成在自該第一可變焦距透鏡出射之該光到達該至少一個基體透鏡之前接收該光。在又一實例性實施例中，該第二可變焦距透鏡具有一矩形或一橢圓形橫截面，該矩形或橢圓形橫截面包圍僅該第二可變焦距透鏡之一實質有效區域。在再一實施例中，該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡皆可相對於彼此移動，以為該透鏡系統提供光學變焦能力。
在一個實例性實施例中，該至少一個基體透鏡被設置成沿該基體透鏡之光軸移動，以僅藉由該基體透鏡之移動而為該透鏡系統提供光學聚焦能力。在另一實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡、該第二可變焦距透鏡、或該至少一個基體透鏡的其中之一或多者係為：一液體透鏡、一液晶透鏡、一基於微機電系統(micro-electromechanical system；MEMS)之透鏡、一阿瓦雷茲透鏡、一壓電透鏡(piezo-based lens)、或其一組合。在另一實例性實施例中，該彈簧撓曲件係為一簡支樑撓曲件(simple beam flexure)或一級聯支樑撓曲件(cascaded beam flexure)其中之一。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種微型變焦透鏡系統，其包含：一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而自該微型透鏡系統之一入口接收入射光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使所接收之該光彎曲約90度；以及一第一可變焦距透鏡，被定位成接收自該棱鏡之該第二面出射之該光。此種微型變焦透鏡系統亦包含：一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自第一可變焦距透鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一第二棱鏡，被定位成經由該第二棱鏡之一第一面而接收自該至少一個基體透鏡出射之該光，並在使該光自該第二棱鏡之一第二面出射之前，使該第二棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一偵測器，被定位成在該光自該第二棱鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種微型變焦透鏡系統，其包含：一第一可變焦距透鏡，被定位成自該微型透鏡系統之一入口接收入射光；一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而接收自該第一可變焦距透鏡出射之該光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使該第一棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自第一棱鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一第二棱鏡，被定位成經由該第二棱鏡之一第一面而接收自該至少一個基體透鏡出射之該光，並在使該光自 該第二棱鏡之一第二面出射之前，使該第二棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一偵測器，被定位成在該光自該第二棱鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡的其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
在一個實例性實施例中，該第二棱鏡被定向成使該偵測器與該微型變焦透鏡系統之該入口置於該微型變焦透鏡系統之同一側上。在另一實例性實施例中，該第二棱鏡被定向成使該偵測器置於該微型變焦透鏡系統之一側上，該側係與該微型變焦透鏡系統之該入口相對。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種微型變焦透鏡系統，其包含：一第一可變焦距透鏡，被定位成自該微型透鏡系統之一入口接收入射光；一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而接收自該第一可變焦距透鏡出射之該光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使該第一棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自該第一棱鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一偵測器，沿該至少一個基體透鏡之該光軸定位，以在該光自該至少一個基體透鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，用以使該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
在一個實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡與該第一棱鏡被形成為一一體式結構(integrated structure)，藉此縮短穿過該微型透鏡系 統而傳播之光之光程長度。在另一實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第一可變焦距透鏡設置成具有一負屈光力(optical power)之一透鏡，且該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第二可變焦距透鏡設置成具有一正屈光力之一透鏡。
在又一實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第一可變焦距透鏡設置成具有一正屈光力之一透鏡，且該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第二可變焦距透鏡設置成具有一負屈光力之一透鏡。在再一實例性實施例中，該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件係可移動，以使該第一可變焦距透鏡之一屈光力因應於該第一可變焦距透鏡之該一或多個光學元件之移動而改變。在一個實例性實施例中，該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件係可移動，以使該第二可變焦距透鏡之一屈光力因應於該第一可變焦距透鏡之該一或多個光學元件之移動而改變。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種阿瓦雷茲透鏡配置，其包含一第一光學元件及一第二光學元件，各該光學元件包含二表面，該二表面實質上垂直於該阿瓦雷茲透鏡配置之一光軸，各該光學元件之一第一表面係為一平面，且各該光學元件之一第二表面係為由一多項式表徵之一表面。該第一光學元件被定位於距該第二光學元件一特定距離處，俾使該第一光學元件之該第二表面面向該第二光學元件之該第二表面，該第一光學元件與該第二光學元件其中每一者皆被設置成實質上垂直於該光軸移動。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種種阿瓦雷茲透鏡配 置，其包含一第一光學元件及一第二光學元件，其中各該光學元件包含二表面，該二表面實質上垂直於該阿瓦雷茲透鏡配置之一光軸。各該光學元件之一第一表面係為一自由表面，且各該光學元件之一第二表面係為由一多項式表徵之一表面。該第一光學元件被定位於距該第二光學元件一特定距離處，俾使該第一光學元件之該第二表面面向該第二光學元件之該第二表面，該第一光學元件與該第二光學元件其中每一者皆被設置成實質上垂直於該光軸移動。
在一個實例性實施例中，該第一光學元件被設置成沿該第二光學元件之該移動之相反方向與該第二光學元件同步地移動。在另一實例性實施例中，該第一光學元件與該第二光學元件被設置成垂直於該光軸沿相反之方向移動相同之量。
在與上述系統中任一者相關之某些實施例中，達成至少6毫米之一z軸高度。在與上述系統中任一者相關之某些實施例中，達成介於60度至75度間之一視野。
所揭露實施例之另一態樣係關於一種用於製造一微型透鏡系統之方法，該方法包含：製作一結構平台，該結構平台包含一框架及一臂；以及在製作該結構平台之後，且作為與製作該結構平***立之一步驟，在該結構平台之該框架上模製複數個光學元件，該等光學元件包含：一第一可變焦距透鏡、一第一棱鏡、及一第一基體透鏡。在一個實例性實施例中，製作該結構平台包含：將該臂模製於該結構平台之該框架上。在另一實例性實施例中，上述方法更包含：連接一或多個致動器至該結構平台之該臂，該一或多個致動器耦合至該等光學元件其中之一或多者，以使該一 或多個光學元件進行移動。在又一實例性實施例中，上述方法更包含：結合一晶圓級光學組件至該結構平台，該晶圓級光學組件具有一預成型透鏡元件。
a~d‧‧‧操作
1~4‧‧‧元件
400~600‧‧‧一組操作
402~412‧‧‧操作
502~508‧‧‧操作
702‧‧‧棱鏡
704‧‧‧可變焦距透鏡
706‧‧‧可變焦距透鏡
708‧‧‧棱鏡
710‧‧‧CMOS偵測器
712‧‧‧光圈
714‧‧‧固定/基體透鏡
802‧‧‧棱鏡
804‧‧‧可變焦距透鏡
806‧‧‧可變焦距透鏡
808‧‧‧棱鏡
810‧‧‧CMOS偵測器
812‧‧‧光圈
904‧‧‧透鏡狀元件/一體式可變焦距透鏡與棱鏡
906‧‧‧可變焦距透鏡
910‧‧‧CMOS偵測器
912‧‧‧光圈
914‧‧‧固定/基體透鏡組
1004‧‧‧阿瓦雷茲透鏡
1006‧‧‧阿瓦雷茲透鏡
1010‧‧‧偵測器
1014‧‧‧固定/基體透鏡組
1104‧‧‧阿瓦雷茲透鏡
1106‧‧‧阿瓦雷茲透鏡
1110‧‧‧偵測器
1114‧‧‧固定/基體透鏡組
1202‧‧‧第一可變焦距透鏡
1204‧‧‧第二可變焦距透鏡
1302‧‧‧第一可變焦距透鏡
1304‧‧‧第二可變焦距透鏡
1307‧‧‧操作
1700‧‧‧一組操作
第1圖繪示根據所揭露實施例及其他技術執行之一精密注射成型方法之尺寸公差與組件尺寸間之關係；第2圖例示在根據一實例性實施例製造一一體式光學系統時可執行之一系列操作；第3圖例示根據一實例性實施例製造之一模製結構之俯視圖；第4圖例示在根據一實例性實施例製造一一體式光學裝置時可執行之一組操作；第5圖例示在根據一實例性實施例製造一一體式光學裝置時可執行之一組操作；第6圖例示在根據另一實例性實施例製造一一體式光學裝置時可執行之一組操作；第7圖繪示根據一實例性實施例之一光學系統，其中光徑被折疊兩次，且可變焦距透鏡位於折疊光學器件之間；第8圖繪示根據一實例性實施例之一光學系統，其中可變焦距透鏡位於視窗處，光徑在到達第二可變焦距透鏡之前被折疊，且在到達互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器之前被再次折疊；第9圖繪示根據一實例性實施例之一光學系統，該光學系統包含與一棱 鏡元件整合之一可變焦距透鏡元件以及垂直直立放置之一CMOS偵測器；第10圖係為根據一實例性實施例之一光學系統之光線圖；第11圖係為根據另一實例性實施例之一光學系統之光線圖；第12圖例示根據一實例性實施例之一對包含平面表面之可變焦距透鏡；第13圖例示根據一實例性實施例之一對包含自由表面之可變焦距透鏡；第14圖繪示根據一實例性實施例之一阿瓦雷茲透鏡之有效區域；第15圖繪示具有一自由表面之實例性棱鏡元件，該棱鏡元件可用於所揭露實施例之至少一個光學系統中；第16圖繪示根據一實例性實施例之一一體式透鏡平台及其相關組件；以及第17圖例示在根據一實例性實施例製造一微型透鏡系統時可執行之一組操作。
除用於在一光學系統中配置各組件之系統及方法之外，所揭露之實施例亦係關於有利於設計及製造對準能力得到改善且總體尺寸減小之光學系統之方法、裝置、及製造製程。
為達成一光學組件(例如一透鏡)沿光軸(即z軸)或垂直於光軸(即，沿x軸及y軸)之移動，可利用彈簧撓曲件(spring flexure)使該光學組件側向移動。該彈簧撓曲件可係為簡支樑撓曲件或級聯支樑撓曲件。
在一種方法中，可經由一成型製程來製造一光學系統中之透鏡元件，在該成型製程中，製作一模具、注射液體塑膠樹脂至該模具中、以及透過UV或加熱使塑膠樹脂硬化。該等彈簧撓曲件例如可利用微加工製程單獨製造。接著可組裝透鏡元件與彈簧撓曲件。然而，在此種方法中，對準可係為一個重大問題。舉例而言，與典型之球面透鏡元件不同，自由表面可能不具有旋轉對稱性。因此，除通常之面內定位問題之外，透鏡元件與彈簧撓曲件結構之間存在額外之旋轉對準。無論透過黏合劑抑或其他方式進行組裝，實際組裝步驟皆亦有可能干擾對準過程。
所揭露實施例有利於一光學系統中各光學組件之對準，該光學系統可包含具有球面、非球面、及/或自由表面之光學組件，該等光學組件可更在該光學系統中沿任意方向移動。在某些實施例中，透鏡元件、彈簧撓曲件、及支撐結構之單片集成(monolithic integration)會使進行整合之後組裝步驟數目最小化並減少可能之錯位(misalignment)問題。
某些所揭露之實施例依賴於精密注射成型，以製造可包含透鏡及其他光學組件以及機械組件(例如撓性或剛性固定件)之光學系統。第1圖提供根據所揭露實施例執行之一精密注射成型方法之尺寸公差相對於組件尺寸之一比較。如第1圖所示，相較於其他技術，精密注射成型能夠以較佳之公差製造較小之組件。如以下段落中所述，根據所揭露實施例之技術，可依序引入多次注射成型來製造一體式微型光學裝置。
根據所揭露之實施例，可藉由單個步驟製造一一體式光學裝置之透鏡及撓曲件。此可以若干種方式達成。透鏡元件實質上係為具有某種表面輪廓之一折射元件。所需表面輪廓可透過由一模具進行鑄造而製 成。可藉由將附加之彈簧撓曲件繞製於與透鏡相同之模具上來達成透鏡連同彈簧撓曲件之製造。因此，當將塑膠樹脂注射至模具中時，所得結構係為附接有彈簧撓曲件之一透鏡元件。如此一來，可將單獨鑄造出之透鏡元件與支撐結構組裝於一起。亦可在同一步驟中模製該結構之其他部件。以舉例而非限制方式而言，此種其他部件可包含用於與其他透鏡元件組裝於一起之結構或用於定位及對準之結構。
在其中由於例如設計靈活性之限制而使單注(single-shot)式成型製程不可行之情景中，可利用多注(例如兩注、三注、四注等)式精密注射成型製造製程來製造一體式光學系統。舉例而言，在一兩注式製造製程中，第一注可鑄造出彈簧撓曲件，且用於第二注之第二模具可鑄造出與先前所鑄造彈簧撓曲件整合為一體之透鏡元件。在移除模具時，若需要，可藉由現場微機械加工(例如以一精密電腦數控(computer numerical control；CNC)機器)完成對尺寸之進一步微調。
根據某些實施例，另外或作為另一選擇，可利用金屬衝壓以一具有成本效益之方式批量生產各部件。在此種情形中，金屬衝壓模具可形成能夠用於強化後續成型步驟之彈簧撓曲件骨架結構。接著，該成型步驟可在該金屬骨架結構上鑄造出透鏡元件。
除在金屬骨架結構上模製透鏡元件之外，亦可在一單獨製程中模製透鏡元件。此可使成型製程期間施加於有效透鏡區域上之應力最小化。在此種情景中，可透過一單獨製程(例如超音波焊接或黏合劑)而將透鏡元件組裝至骨架結構上。
根據某些實施例，另外或作為另一選擇，可利用微加工方法 來製造一基於晶片(chip-based)之模具。利用微加工技術製造之晶片或晶圓可包含蝕刻出之溝槽，該等溝槽對應於彈簧撓曲件之位置。接著可單獨鑄造出透鏡元件並將其定位於各別晶片或晶圓上。接著可灌注紫外光(UV)或熱固化樹脂來填蓋溝槽連同透鏡元件，且隨後將樹脂固化。所得塑膠部件此時即為附接有彈簧撓曲件且已對準之透鏡元件。
在另一次重複中，可接著利用上述技術其中之一或多者將上述所製造之一體式彈簧撓曲件-透鏡與其他組件或另一彈簧撓曲件-透鏡總成組裝於一起。因此，可將其他結構併入至成型製程中。因其他組件亦需要進行組裝，故可將對齊結構模製為整體結構之一部分。
在要求一或多個光學組件移動之實施例中，需要具有一致動機構以使透鏡移動。此致動機構亦可被併入至模具設計中。舉例而言，可利用組裝於一體式彈簧撓曲件-透鏡上之一微型線圈來執行電磁致動。為此，可設計一溝槽以將該微型線圈保持於該一體式彈簧撓曲件-透鏡上。
如前所述，在塑膠樹脂步驟之後，可立即經由例如在所鑄造塑膠結構上執行之一精密微機械加工來執行進一步精製，以進一步改善各組件之公差。
第2圖例示在根據本發明之一實例性實施例製造一一體式光學系統時可執行之一系列操作。第2圖中之操作首先形成彈性懸置模具(elastic suspension mold)。緊接著，將第一注彈性懸置材料注射至該模具中。接著，藉由一第二注而鑄造出透鏡。在移除透鏡模具(在操作(d)中)及移除一體式裝置(在操作(e)中)後，便獲得彈性懸置框架及微型透鏡。儘管第2圖中之實例性操作繪示具有彈性懸置結構之單透鏡總成之製造製 程，然而應理解，可透過現有或附加之注射成型步驟將額外光學結構、機械結構(包括對準結構)整合至光學系統中。此外，此等額外結構可為剛性或彈性的。
第3圖例示根據本發明之一實例性實施例製成之一模製結構之俯視圖。第3圖中所示之結構包含一支撐結構、一透鏡元件、一用於透鏡致動器之保持器、以及彈性(例如彈簧)固定件，該彈性固定件使透鏡能夠沿箭頭所示之上/下方向移動。儘管第3圖之實例性結構僅顯示透鏡沿單個方向移動，然而應理解，能夠使透鏡以三維方式移動。舉例而言，該結構中可包含附加彈性固定件及適當之致動機構。
此外，可在根據所揭露實施例製造之一體式系統中併入替代或附加之光學組件。此等組件可包含但不限於：透鏡、光柵(grating)、衍射光學元件等等。所揭露實施例提供一系列製造製程，該等製造製程對於包含彈性懸置件、剛性框架、及光學組件之一一體式平台具有介於1微米至5微米間之公差。估計製造此等組件之成本遠低於習知之MEMS微加工。
用於根據所揭露實施例製造一體式系統之精密製造技術可包含注射成型、模內裝飾、熱衝壓、及/或***成型。此等製程能夠批量製造可在一彈性懸置平台上包含一微型透鏡之一體式光學系統。在某些實施例中，彈性懸置件係由一金屬骨架製成，該金屬骨架係利用例如金屬衝壓及隨後之一聚合物成型(第一注)而製成。金屬框架可增強懸置件之彈性及框架之牢固性。在某些實施例中，彈性懸置件係在無金屬骨架之情況下製成。第二注可係為適用於一光學透鏡之一聚合物材料。接著，將此種組件組裝至構成一光學透鏡模組之一較大結構中。可執行多次注射成型製程 步驟來達成多組件一體化(multi-component integration)。
第4圖例示在根據一實例性實施例製造一一體式光學裝置時可執行之一組操作400。在402中，獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件。在404中，注射一第一注射材料至該第一模具中。在406中，將一第二模具放置成接觸該第一模具及該第一模具內之該第一注射材料。該第二模具之結構被配置成形成一光學元件。在408中，注射一第二注射材料至該第二模具中。在410中移除該第二模具，且在412中移除該第一模具，以獲得該彈性懸置固定件，該光學元件被整合至該彈性懸置固定件。
第5圖及第6圖分別例示在根據其他實例性實施例製造一一體式光學裝置時可執行之二組操作500及600。在第5圖之實例性實施例中，在502中，獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件及一光學元件。在504中，注射一第一注射材料至該第一模具中，且在506中，注射一第二注射材料至該第一模具中。在508中，移除該第一模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。在第6圖之實例性操作600中，在602中，獲得一模具，該模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件以及容置一光學元件。在604中，將該光學元件放置於該模具中，且在606中，注射一第一注射材料至該模具中，以形成一彈性懸置固定件。在608中，移除該模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。
聚焦透鏡配置
在空間有限之應用中(例如，在一照相機電話中)，光學組件之配置顯著影響可達成之整體照相機模組之大小。在此種系統中，模組 之厚度(例如，裝置在z方向上之厚度或「z軸高度」)至關重要。為達成一變焦透鏡系統之最小可能光學配置，本申請案中揭露若干種配置。
如第7圖所示，一個實施例具有一光徑彎曲元件(例如一棱鏡702或一反射鏡)，該光徑彎曲元件用於使入射光線彎曲90度，並使其穿過二可變焦距透鏡704、706及另一棱鏡708，棱鏡708使光徑再次彎曲，以使其到達偵測器(例如，CMOS偵測器710)。在一實例性實施例中，固定/基體透鏡714與棱鏡708整合為一體，且光圈712置於該二可變焦距透鏡704、706之間。此種配置提供最可能短之z軸高度，但視野(field of view；FOV)及f數(f-number)受限。在此種配置中，儘管可達成6毫米之一薄的z軸高度，然而FOV被限制為約30°。
為增大FOV，在某些實施例中，可將可變焦距透鏡至少其中之一放置於光學系統之入口處，如第8圖所示。在第8圖之實例性實施例中，棱鏡802被置於該二可變焦距透鏡804、806之間，以使光徑彎曲90度，且另一棱鏡808用於在光到達偵測器(例如，CMOS偵測器810)之前，使該光再次彎曲90度。光圈812位於棱鏡802與可變焦距透鏡806之間。第8圖之實例性配置達成60°至75°之一FOV。z軸高度必須增大至約8毫米。第8圖例示如下一實例性配置：其中偵測器被置於與光學系統入口相同之側上。然而，應理解，偵測器可置於與光學系統入口相反之側上(例如，如第7圖之配置中所示)。將偵測器置於同一側處可使模組之z軸高度最小化，乃因z軸高度之增大主要係起因於透鏡及偵測器元件之附加高度。因此，將偵測器810置於與入口視窗相同之側上意味著z軸高度之增大量僅為該二元件之厚度。然而，因到達偵測器之光徑相對長，考慮到需要使光徑在到達偵測器之前進 行折疊，故此種配置中之光圈及光束直徑仍相對大。一種使到達偵測器之光徑長度縮短之方法可進一步減小z軸高度。
為縮短到達偵測器之光徑長度，根據某些實施例，將偵測器垂直直立放置，並因此使其更靠近透鏡，如第9圖所示。在第9圖之實例性配置中，一透鏡狀元件904被置於接收入射光之視窗與第二可變焦距透鏡906之間，透鏡狀元件904包含與一棱鏡元件整合為一體之一第一可變焦距透鏡。因此，無需第二棱鏡元件。光圈912位於一體式可變焦距透鏡與棱鏡904與第二可變焦距透鏡906之間。總光徑長度可自約23毫米減小至約18毫米。光徑長度之減小能達成一更小之光圈直徑以及更小之透鏡元件，且因此亦達成更小之z軸高度。在此種配置中可獲得約6毫米之一z軸高度。作為另一實例，可達成約4毫米至約7毫米之一z軸高度。在可變焦距透鏡不與棱鏡整合為一體之情形中，z軸高度將必須略增大至約6.5毫米，以容納可變焦距透鏡與棱鏡間之間隙。在此種配置中，可達成介於60°至75°間之一FOV。端視應用而定，可修改所揭露變焦透鏡之光學規格來達成所需大小及形狀因數。舉例而言，可進一步減小z軸高度來達成特定之實施要求。
第10圖例示根據一實例性實施例之一微型透鏡配置之光線圖。第10圖之配置提供第9圖所示透鏡系統之一特定實例，其中可變焦距透鏡1004及1006皆為阿瓦雷茲透鏡。此外，第10圖中之各種光學組件被定位成獲得所期望之變焦能力。具體而言，第一對阿瓦雷茲透鏡1004被定位成自微型透鏡系統之入口接收入射光，並將該光引導至一體式棱鏡。儘管第10圖之實例性圖示顯示一一體式阿瓦雷茲透鏡-棱鏡，然而應理解，在某些實施例中，第一阿瓦雷茲透鏡與棱鏡可為分開之組件。返回參照第10圖， 進入一體式棱鏡之光在自該棱鏡出射之前彎曲90度。接著該光由第二阿瓦雷茲透鏡1006接收，且隨後穿過固定/基體透鏡組1014，之後到達偵測器1010。在第10圖之實例性圖示中，藉由使第一阿瓦雷茲透鏡1004之該二元件垂直於光軸沿相反方向移動(例如，一個透鏡元件自頁面移出，而另一透鏡元件移入頁面)，將產生一負屈光力。此外，在第10圖之實例性圖示中，藉由使阿瓦雷茲透鏡1006之該二元件垂直於光軸沿相反方向移動，將達成一正屈光力。透鏡元件之移動可利用耦合至該等透鏡元件之一或多個致動器達成。第10圖之實例性配置能製造具有一小高度之一微型透鏡系統，此使此種配置尤其適合實施於形狀因數薄的裝置(例如一行動電話或平板電腦)中。
第11圖例示根據另一實例性實施例之一微型透鏡配置之光線圖。第11圖之配置提供第9圖所示透鏡系統之又一特定實例，其中可變焦距透鏡1104及1106皆為阿瓦雷茲透鏡。此外，第11圖中之各種光學組件被定位成獲得期望之變焦能力。具體而言，第一對阿瓦雷茲透鏡1104被定位成自微型透鏡系統之入口接收入射光，並將該光引導至一體式棱鏡。進入該一體式棱鏡之光在自該棱鏡出射之前彎曲90度。接著該光由第二阿瓦雷茲透鏡1106接收，且隨後穿過固定/基體透鏡組1114，之後到達偵測器1110。在第11圖之實例性圖示中，藉由使第一阿瓦雷茲透鏡1104之該二元件垂直於光軸沿相反方向移動(例如，一個透鏡元件自頁面移出，而另一透鏡元件移入頁面)，將產生一正屈光力。此外，在第11圖之實例性圖示中，藉由使第二阿瓦雷茲透鏡1106之該二元件垂直於光軸沿相反方向移動，將達成一負屈光力。透鏡元件之移動可利用耦合至該等透鏡元件之一或多個致動 器達成。如第11圖中阿瓦雷茲透鏡元件上之圓圈X及圓圈點標記所示，各透鏡元件之移動與第10圖所示者相反。藉由改變該二對阿瓦雷茲透鏡之屈光力，光學系統之焦距發生改變。在第10圖之實例性圖示中，透鏡系統起到具有長焦距之望遠鏡之作用。
第12圖例示根據一實例性實施例包含二可變焦距透鏡之一透鏡配置。第一可變焦距透鏡1202與第二可變焦距透鏡1204其中每一者包含二透鏡元件(第12圖例示第一透鏡1202之元件1及元件2、以及第二透鏡1204之元件3及元件4)。每一元件皆被視為一薄板，其中每一個板具有大致垂直於光軸之二表面。一個表面係為平面表面，而另一表面係為由一函數(例如，一多項式)表徵之一多項式曲面。在第12圖中，非平面表面被指定為阿瓦雷茲表面。對於透鏡1202與1204其中每一者，藉由將該二板放置成彼此相距一小距離、以及使多項式曲面面向彼此，將產生一屈光力。藉由使該二元件垂直於光軸沿相反方向同步移動，可改變屈光力。
第13圖例示根據另一實例性實施例包含二可變焦距透鏡之一透鏡配置。第13圖之實例性配置包含與第12圖所示者相似之一第一可變焦距透鏡1302及一第二可變焦距透鏡1304。然而，第13圖中之元件l、元件2、元件3、及元件4皆包含一自由表面而非平面表面，該等自由表面之形狀被設定成校正光學系統之像差(aberration)。
在每一所揭露之實施例中，除其他類型之外，可變焦距透鏡可係為：液晶、液體透鏡、或阿瓦雷茲透鏡。如阿瓦雷茲透鏡一般，可變焦距透鏡亦可由多個透鏡元件構成。對於每一實施例，配置習知透鏡來達成具有小z軸高度之模組係不可行的，乃因沿光軸移動之習知透鏡將使z軸高 度顯著增大。此外，為達成大的FOV，必須將至少一個可變焦距透鏡置於光學模組之入口處。
透鏡有效區域
所揭露實施例包含能進一步減小光學模組之z軸高度之進一步改良。在利用阿瓦雷茲透鏡之某些實施例中，使阿瓦雷茲透鏡垂直於光徑(而非沿光徑)移動，以執行微調。再者，阿瓦雷茲透鏡垂直於光軸之移位對光學模組之效能具有顯著影響。具體而言，透鏡之一較大移位可導致屈光力產生一較大變化。然而，假設在透鏡之一給定位置處僅利用透鏡區域之一部分(即，透鏡之一「實際有效區域」)，則透鏡之一較大移位亦會導致需要一較大之圓形透鏡直徑來覆蓋該有效區域。可藉助第14圖進一步例示此種情景，其中小圓圈表示一可變焦距透鏡在二不同透鏡位置(即，該二透鏡位置垂直於光軸相對於彼此偏移)處之二實際有效區域。儘管第14圖中之圖示為便於例示而顯示相同大小之有效區域，然而實際有效區域之大小可不同。在第14圖之實例性圖示中，光軸係指向頁面內及頁面外。第14圖中之大圓圈表示當透鏡沿x方向及/或y方向移動時，為包圍任一單個透鏡之有效區域而需要之圓形區域。矩形區域表示足以達成透鏡操作之較小之單個透鏡輪廓。矩形區域之長度通常表示移動方向。
在某些實施例中，使用僅覆蓋透鏡之實質有效區域之一矩形或橢圓形透鏡，而非使用圓形透鏡。第14圖中之矩形方框顯示此種矩形格式之透鏡。以此種方式，可在不影響光學模組總體尺寸之條件下增大致動範圍。可在組裝及製造期間改善旋轉對準。
自由棱鏡
根據某些實施例，可藉由組合棱鏡與可變焦距透鏡元件來進一步減小光學系統之尺寸。此在使用阿瓦雷茲透鏡時尤其重要。利用此種技術，可將棱鏡之其中一個側模製成具有一自由表面(如第15圖所示)，藉此能夠移除可變焦距透鏡表面間之間隙。
一體式平台
在使透鏡垂直於光軸移動時，致動機構必須小、緊湊、且易於對準及製造。將透鏡元件與一結構平台整合為一體係為一種達成此等要求之方式。第16圖顯示根據一實例性實施例之一一體式平台。如第16圖所示，該一體式平台包含一框架及一臂元件，該框架用作一結構引導件(structural guide)，且該臂元件連接至一致動器元件(例如一線圈或磁鐵)。透鏡元件可直接以準確之定向被模製或製造於框架上。一彈簧撓曲元件可與或可不與一體式平台合併於一起。在一個實施例中，在一個步驟中模製平台框架及臂，並在之後模製透鏡元件。在另一實施例中，該框架可由一引線框架金屬結構製成。引線框架可藉由金屬衝壓、雷射切割、碾磨、蝕刻、或模製而形成。可藉由一注射成型製程將臂元件模製於引線框架結構上，其中在將結構之其餘部分完成之後將透鏡元件模製至引線框架上。
為使所模製之透鏡精確地對準，可將對齊結構併入至平台上。除對透鏡執行***成型之外，可在一單獨步驟中將具有一預成型透鏡元件之一晶圓級光學組件結合至平台。所有此等製程皆旨在使製造製程自動化、使整體結構保持緊湊、以及確保各結構與各透鏡元件之間精確對準。
在致動一體式透鏡平台時，可需要或可不需要併入一彈簧撓曲元件。一彈簧撓曲件主要用於提供一恢復力至平台。若致動機構僅能提 供單向力，則需要彈簧撓曲件，如具有一單向驅動之一音圈致動器(voice-coil actuator)之情形一般。具有一雙向驅動之一音圈致動器可無需一撓曲恢復元件。在無彈簧撓曲元件之情況下，致動範圍可輕易地增大。藉由在系統上添加一位置感測器，可透過一閉環控制來確定透鏡平台之位置。
在某些實施例中，當二或更多個透鏡被設計成沿相同方向移位相同距離時，致動要求得到簡化。如此一來，使用一個致動器便會使二或更多個透鏡移動，而非為每一透鏡元件設置一各別致動器。可設計一機械結構將多個透鏡連結於一起。接著由一致動器致動該結構。
變焦與聚焦去耦操作
聚焦及變焦係為光學系統必須能夠執行之二操作。無論使用何種配置，當第二可變焦距透鏡保持恆定於一特定屈光力時，第一可變焦距透鏡元件皆可用於聚焦目的。考慮到更多複雜電子器件之成本以及因必須對光學系統執行光學最佳化而存在更多限制，此種方式之操作可非常簡潔。
為簡化系統之操作，在某些實施例中，將變焦與聚焦操作去耦。變焦係藉由微調該二可變焦距透鏡而達成。聚焦可藉由使基體透鏡系統沿光軸移動而達成。此會簡化影像最佳化製程及控制。在此種實施例中，一致動器組將可變焦距透鏡作為一組進行致動。聚焦可藉由使基體透鏡組沿光軸移動而達成，抑或透過基體透鏡組中之一或多個可微調透鏡元件達成。適宜之元件係為可改變屈光力之光學透鏡，例如液體透鏡、液晶、基於微機電系統(micro-electromechanical system；MEMS)之透鏡、阿瓦雷 茲透鏡、及壓電透鏡(piezo-based lens)。
第17圖例示在根據一實例性實施例製造一微型透鏡系統時可執行之一組操作1700。在1702中，製作一結構平台，該結構平台包含一框架及一臂。在1704中，在製作該結構平台之後，且作為與製作該結構平***立之一步驟，在該結構平台之該框架上模製複數個光學元件。該等光學組件包含：一第一可變焦距透鏡、一第一棱鏡、及一第一基體透鏡。在一個實例性實施例中，製作該結構平台包含：將該臂模製於該結構平台之該框架上。在另一實例性實施例中，上述方法更包含連接一或多個致動器至該結構平台之該臂。該一或多個致動器耦合至該等光學元件其中之一或多者，以使該一或多個光學元件進行移動。在又一實例性實施例中，上述方法更包含：結合一晶圓級光學組件至該結構平台，該晶圓級光學組件具有一預成型透鏡元件。
應理解，為便於理解基本概念，本申請案中所述之操作係以一特定順序呈現。然而亦應理解，此等操作可以一不同順序執行，且此外，可利用更多或更少之步驟來執行各種所揭露之操作。
出於例示及說明之目的，上文已提供對各實施例之上述說明。上述說明並非旨在詳盡地闡述本發明或將本發明之實施例限制於所揭露之精確形式，而是可根據上述教示內容或可根據各種實施例之實踐而作出潤飾及改變。選擇及闡述本文所述各實施例係為了闡釋各種實施例之原理及本質及其可行性應用，以使熟習此項技術者能夠以各種實施例形式利用本發明並作出適於所設想特定用途之各種潤飾。本文所述實施例之各特徵可在各方法、設備、模組、系統、及製品之所有可能組合中進行組合。
a~d‧‧‧操作

Claims (65)

  1. 一種微型變焦透鏡系統，包含：一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而自該微型透鏡系統之一入口接收入射光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使所接收之該光彎曲約90度；至少一第一可變焦距透鏡(varifocal lens)，被定位成接收自該棱鏡之該第二面出射之該光；至少一個基體透鏡(base lens)，被定位成在該光穿過該第一可變焦距透鏡之後接收該光；一偵測器，被定位成在該光穿過該基體透鏡之後接收該光；以及一第一致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該第一棱鏡之至少一個面具有一自由表面。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡係為如下其中之一：一液晶透鏡、一液體透鏡、或一阿瓦雷茲透鏡(Alvarez-like lens)。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該偵測器包含一互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該第一致動器包含一線圈或一磁鐵其中之一。
  6. 如請求項1所述之系統，更包含一結構平台，以使如下其中之一被直接模製於該結構平台上、被製作於該結構平台上、或與該結構平台整合為一體：該第一棱鏡、一第二棱鏡、該第一可變焦距透鏡、或一第二可變焦距透鏡。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該結構平台包含一彈簧撓曲元件(spring flexure element)。
  8. 如請求項6所述之系統，其中該結構平台包含一框架及一臂。
  9. 如請求項8所述之系統，其中：該結構平台框架包含一引線框架金屬結構，該引線框架金屬結構係為如下其中之一或多者：一金屬衝壓結構、一雷射切割結構、一碾磨結構(milled structure)、一蝕刻結構、或一模製結構；該臂係被模製於該引線框架結構上；以及該第一棱鏡、一第二棱鏡、該第一可變焦距透鏡、或一第二可變焦距透鏡的其中之一或多者被模製於該引線框架上。
  10. 如請求項6所述之系統，其中具有一預成型透鏡元件之一晶圓級光學組件被結合至該平台。
  11. 如請求項1所述之系統，其中該第一致動器係為具有一雙向驅動(bidirectional drive)之一音圈(voice-coil)致動器。
  12. 如請求項1所述之系統，包含第二致動器，該第二致動器係被設置成使該微型變焦透鏡系統中除該第一可變焦 距透鏡之外之一光學組件移動。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該第二致動器及該第一致動器係被設置成使除該第一可變焦距透鏡外之該光學組件及該第一可變焦距透鏡二者沿同一方向移位相同之距離。
  14. 如請求項13所述之方法，其中除該第一可變焦距透鏡之外之該光學組件係為如下其中之一：一第二可變焦距透鏡、該至少一個基體透鏡、該第一棱鏡、或一第二棱鏡。
  15. 如請求項1所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡具有一矩形或一橢圓形橫截面，該矩形或橢圓形橫截面包圍僅該第一可變焦距透鏡之一實質有效區域(active area)。
  16. 如請求項1所述之系統，更包含一第二可變焦距透鏡，該第二可變焦距透鏡被定位成在自該第一可變焦距透鏡出射之該光到達該至少一個基體透鏡之前接收該光。
  17. 如請求項16所述之系統，其中該第二可變焦距透鏡具有一矩形或一橢圓形橫截面，該矩形或橢圓形橫截面包圍僅該第二可變焦距透鏡之一實質有效區域。
  18. 如請求項16所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡皆可相對於彼此移動，以為該透鏡系統提供光學變焦能力。
  19. 如請求項1所述之系統，其中該至少一個基體透鏡被設置成沿該基體透鏡之光軸移動，以僅藉由該基體透鏡之移動而為該透鏡系統提供光學聚焦能力。
  20. 如請求項1或16所述之系統，其中該第一可變焦距透 鏡、該第二可變焦距透鏡、或該至少一個基體透鏡的其中之一或多者係為：一液體透鏡、一液晶透鏡、一基於微機電系統(micro-electromechanical system；MEMS)之透鏡、一阿瓦雷茲透鏡、一壓電透鏡(piezo-based lens)、或其一組合。
  21. 如請求項7所述之系統，其中該彈簧撓曲件係為一簡支樑撓曲件(simple beam flexure)或一級聯支樑撓曲件(cascaded beam flexure)其中之一。
  22. 一種微型變焦透鏡系統，包含：一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而自該微型透鏡系統之一入口接收入射光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使所接收之該光彎曲約90度；一第一可變焦距透鏡，被定位成接收自該棱鏡之該第二面出射之該光；一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自第一可變焦距透鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一第二棱鏡，被定位成經由該第二棱鏡之一第一面而接收自該至少一個基體透鏡出射之該光，並在使該光自該第二棱鏡之一第二面出射之前，使該第二棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一偵測器，被定位成在該光自該第二棱鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡與該第 二可變焦距透鏡其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
  23. 一種微型變焦透鏡系統，包含：一第一可變焦距透鏡，被定位成自該微型透鏡系統之一入口接收入射光；一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而接收自該第一可變焦距透鏡出射之該光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使該第一棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自第一棱鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一第二棱鏡，被定位成經由該第二棱鏡之一第一面而接收自該至少一個基體透鏡出射之該光，並在使該光自該第二棱鏡之一第二面出射之前，使該第二棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一偵測器，被定位成在該光自該第二棱鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡的其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
  24. 如請求項22或23所述之系統，其中該第二棱鏡被定向成使該偵測器與該微型變焦透鏡系統之該入口置於該微 型變焦透鏡系統之同一側上。
  25. 如請求項22或23所述之系統，其中該第二棱鏡被定向成使該偵測器置於該微型變焦透鏡系統之一側上，該側係與該微型變焦透鏡系統之該入口相對。
  26. 一種微型變焦透鏡系統，包含：一第一可變焦距透鏡，被定位成自該微型透鏡系統之一入口接收入射光；一第一棱鏡，被定位成經由該第一棱鏡之一第一面而接收自該第一可變焦距透鏡出射之該光，並在使該光自該第一棱鏡之一第二面出射之前，使該第一棱鏡所接收之該光彎曲約90度；一第二可變焦距透鏡，被定位成接收自該第一棱鏡出射之該光；至少一個基體透鏡，被定位成在該光穿過該第二可變焦距透鏡之後接收該光；一偵測器，沿該至少一個基體透鏡之該光軸定位，以在該光自該至少一個基體透鏡出射之後接收該光；以及至少一個致動器，被設置成使該第一可變焦距透鏡與該第二可變焦距透鏡其中之一或二者沿至少一方向移動，該至少一方向垂直於穿過該第一可變焦距透鏡或該第二可變焦距透鏡之該光之傳播軸線。
  27. 如請求項23至26中任一項所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡與該第一棱鏡被形成為一一體式結構(integrated structure)，藉此縮短穿過該微型透鏡系統而傳播之光之光程長度。
  28. 如請求項26所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第一可變焦距透鏡設置成具有一負屈光力(optical power)之一透鏡，且該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第二可變焦距透鏡設置成具有一正屈光力之一透鏡。
  29. 如請求項26所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第一可變焦距透鏡設置成具有一正屈光力之一透鏡，且該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件被定位成將該第二可變焦距透鏡設置成具有一負屈光力之一透鏡。
  30. 如請求項26所述之系統，其中該第一可變焦距透鏡之一或多個光學元件係可移動，以使該第一可變焦距透鏡之一屈光力因應於該第一可變焦距透鏡之該一或多個光學元件之移動而改變。
  31. 如請求項26或28所述之系統，其中該第二可變焦距透鏡之一或多個光學元件係可移動，以使該第二可變焦距透鏡之一屈光力因應於該第一可變焦距透鏡之該一或多個光學元件之移動而改變。
  32. 一種阿瓦雷茲透鏡配置，包含：一第一光學元件及一第二光學元件，各該光學元件包含二表面，該二表面實質上垂直於該透鏡配置之一光軸，各該光學元件之一第一表面係為一平面，且各該光學元件之一第二表面係為由一多項式表徵之一表面，該第一光學元件被定位於距該第二光學元件一特定距離處，俾使該第一光學元件之該第二表 面面向該第二光學元件之該第二表面，該第一光學元件與該第二光學元件其中每一者皆被設置成實質上垂直於該光軸移動。
  33. 一種阿瓦雷茲透鏡配置，包含：一第一光學元件及一第二光學元件，各該光學元件包含二表面，該二表面實質上垂直於該透鏡配置之一光軸，各該光學元件之一第一表面係為一自由表面，且各該光學元件之一第二表面係為由一多項式表徵之一表面，該第一光學元件被定位於距該第二光學元件一特定距離處，俾使該第一光學元件之該第二表面面向該第二光學元件之該第二表面，該第一光學元件與該第二光學元件其中每一者皆被設置成實質上垂直於該光軸移動。
  34. 如請求項32或33所述之阿瓦雷茲透鏡配置，其中該第一光學元件被設置成沿該第二光學元件之該移動之相反方向與該第二光學元件同步地移動。
  35. 如請求項32、33或34所述之阿瓦雷茲透鏡配置，其中該第一光學元件與該第二光學元件被設置成垂直於該光軸沿相反之方向移動相同之量。
  36. 如前述請求項中任一項所述之光學系統，具有至少6毫米(mm)之一z軸高度。
  37. 如前述請求項中任一項所述之光學系統，具有介於60度至75度間之一視野(field of view)。
  38. 一種用於製造一微型透鏡系統之方法，包含：製作一結構平台，該結構平台包含一框架及一臂；以及在製作該結構平台之後，且作為與製作該結構平***立之 一步驟，在該結構平台之該框架上模製複數個光學元件，該等光學元件包含：一第一可變焦距透鏡、一第一棱鏡、及一第一基體透鏡。
  39. 如請求項38所述之方法，其中製作該結構平台包含：將該臂模製於該結構平台之該框架上。
  40. 如請求項38所述之方法，更包含：連接一或多個致動器至該結構平台之該臂，該一或多個致動器耦合至該等光學元件其中之一或多者，以使該一或多個光學元件進行移動。
  41. 如請求項38所述之方法，更包含：結合一晶圓級光學組件至該結構平台，該晶圓級光學組件具有一預成型透鏡元件。
  42. 一種一體式光學裝置，包含：一彈性懸置固定件，係利用一第一製程製作而成；以及一光學元件，該光學元件被整合(integrated)至該彈性懸置固定件中，該光學元件係利用一第二製程製作而成。
  43. 如請求項42所述之一體式光學裝置，其中該第一製程包含如下製程其中之一：一注射成型製程；一模內裝飾(in-mold decoration)製程；一熱衝壓製程；一金屬衝壓製程；一微加工製程，用以製作一基於晶片之模具(chip-based mold)；或 一***成型製程。
  44. 如請求項42所述之一體式光學裝置，其中該第二製程包含如下製程其中之一：一注射成型製程；一由一模具進行鑄造之製程(casting from a molde process)；一模內裝飾製程；一熱衝壓製程；一金屬衝壓製程；一微加工製程，用以製作一基於晶片之模具；或一***成型製程。
  45. 如請求項42所述之一體式光學裝置，更包含如下其中之一或多者：一框架；一或多個對齊結構；一致動器，用以使該光學元件移位；一或多個附加光學元件；一或多個附加彈性元件；或一或多個剛性元件。
  46. 如請求項42所述之一體式光學裝置，其中該彈性固定件被設置成使該光學元件沿一或多個方向移動。
  47. 如請求項46所述之一體式光學裝置，其中該彈性固定件被設置成使該光學元件以三維方式移動。
  48. 如請求項42所述之一體式光學裝置，更包含一致動器， 該致動器用以使該彈性特徵移位，藉此使該光學元件移位。
  49. 如請求項1所述之方法，其中該光學元件包含如下表面至少其中之一：一球面，一非球面，或一自由表面。
  50. 一種用於加工一一體式光學裝置之方法，包含：獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件；注射一第一注射材料至該第一模具中；將一第二模具放置成接觸該第一模具及該第一模具內之該第一注射材料，該第二模具之結構被配置成形成一光學元件；注射一第二注射材料至該第二模具中；移除該第二模具；以及移除該第一模具，以獲得該彈性懸置固定件，該光學元件被整合至該彈性懸置固定件。
  51. 如請求項50所述之方法，其中該第一注射材料包含一第一聚合物，該第一聚合物適於形成該彈性懸置固定件，且該第二注射材料包含一第二聚合物，該第二聚合物適於形成該光學元件。
  52. 如請求項50所述之方法，更包含：更利用一精密機械加工工具來精製該一體式光學裝置之結構。
  53. 如請求項50所述之方法，更包含在移除該第一模具之 前：將一第三模具放置成接觸該第一模具及該第一注射材料，該第三模具之結構被配置成形成一附加元件；以及注射一第三注射材料至該第三模具中。
  54. 如請求項53所述之方法，其中該附加元件係為如下其中之一：一附加光學元件；一附加彈性固定件；或一剛性固定件。
  55. 如請求項53所述之方法，其中該附加元件係為一對齊固定件。
  56. 如請求項50所述之方法，其中該一體式光學裝置中之組件係按照介於1微米至5微米間之一公差而被定位。
  57. 如請求項53所述之方法，其中該第三注射材料係為與該第一注射材料與該第二注射材料其中之一相同之材料。
  58. 如請求項50所述之方法，其中該第一模具之結構被進一步配置成包含用於放置一致動機構之一溝槽。
  59. 如請求項50所述之方法，更包含整合一金屬框架至該彈性懸置固定件中。
  60. 如請求項59所述之方法，其中該金屬框架係利用一金屬衝壓技術而形成。
  61. 一種變焦透鏡，包含如請求項42所述之一體式光學裝置。
  62. 一種手持式電子器件，包含如請求項42所述之一體式光 學裝置。
  63. 一種用於加工一一體式光學裝置之方法，包含：獲得一第一模具，該第一模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件及一光學元件；注射一第一注射材料至該第一模具中；注射一第二注射材料至該第一模具中；以及移除該第一模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。
  64. 一種用於加工一一體式光學裝置之方法，包含：獲得一模具，該模具之結構被配置成形成一彈性懸置固定件以及容置一光學元件；將該光學元件放置於該模具中；注射一第一注射材料至該模具中，以形成一彈性懸置固定件；以及移除該模具，以獲得整合有該光學元件之該彈性懸置固定件。
  65. 如請求項64所述之方法，其中在將該光學元件放置於該模具中之前，將該光學元件由一模具鑄造而成。
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