TWI513997B - 攝像模組及攝像模組之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種以搭載於行動終端為目的之攝像透鏡、攝像模組、攝像透鏡之製造方法及攝像模組之製造方法之發明。
作為攝像模組,開發有各種內置CCD(Charge Coupled Device:電荷耦合元件)及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互補型金屬氧化膜半導體)等固體攝像元件之輕便之數位相機及數位視頻單元等。尤其,近年來,個人數位助理及行動電話等行動終端得到普及,要求搭載於該等中之攝像模組為高解像力且小型及薄型。
作為可滿足上述要求之技術,上述攝像模組中所具備之攝像透鏡實現高解像力化、小型化及薄型化之技術受到注目。作為此種技術之一例,於專利文獻1~4中揭示有具有以下構成之攝像透鏡。
專利文獻1~4中揭示之攝像透鏡係自物體(被攝體)側朝向像面(成像面)側依序具備孔徑光闌及單透鏡。又,該單透鏡係為1片透鏡,且凹面朝向物體側之眾所周知之凹凸透鏡。
然而,上述攝像透鏡係要求可成像之角度、即視角較寬,以於已成像之像之邊緣及其附近(以下,稱為「像周邊」)實現高解像力化。而且,為實現視角較寬之攝像透鏡,較為有效的是,使單透鏡之有效口徑中之相對於該攝像透鏡之光軸之法線方向的端部(以下,稱為「單透鏡之邊緣」)之厚度充分小於單透鏡之中心厚度。
專利文獻4揭示之攝像透鏡係構成為滿足數式(A),藉此,可使單透鏡之邊緣之厚度小於單透鏡之中心之厚度。
0.5≦d1'/d1≦0.9 …(A)
其中,d1'係單透鏡之包含至少1個光學面之區域中之最薄部分之厚度,d1係單透鏡之中心厚度。
又,專利文獻4揭示之攝像透鏡係構成為滿足數式(B),藉此,可實現視角較寬之攝像透鏡。
0.6≦Y'/fl …(B)
其中,fl係透鏡系統整體之焦距,Y'係最大像高。
專利文獻1:日本公開專利公報「日本專利特開平4-191716號公報(1992年7月10日公開)」
專利文獻2:日本公開專利公報「日本專利特開2001-221904號公報(2001年8月17日公開)」
專利文獻3:日本公開專利公報「日本專利特開2002-98885號公報(2002年4月5日公開)」
專利文獻4:日本公開專利公報「日本專利特開2003-57538號公報(2003年2月26日公開)」
專利文獻5:日本公開專利公報「日本專利特開2009-018578號公報(2009年1月29日公開)」
專利文獻6:日本公開專利公報「日本專利特開2009-023353號公報(2009年2月5日公開)」
由於專利文獻4揭示之攝像透鏡係相對於光程總長(對光學特性造成某種影響之所有構成要素之於光軸方向上之尺寸之總計)而言,自單透鏡起至像面為止之距離極短,因此,即便滿足包含數式(A)及(B)之該文獻揭示之各數式,亦難以使來自物體之邊緣及其周圍(以下,稱為「物體之周邊部分」)之光藉由該單透鏡而聚焦於像面中之所需之點。其結果,會產生該攝像透鏡依然難以獲得所需之寬視角,且難以實現像周邊之高解像力化(像周邊模糊)之問題。
本發明係鑒於上述問題而完成之發明,其目的在於提供一種可實現像周邊中之更高解像力化之攝像透鏡、攝像模組、攝像透鏡之製造方法及攝像模組之製造方法。
為解決上述問題,本發明之攝像透鏡之特徵在於:其係自物體側朝向像面側依序具備孔徑光闌及單透鏡,且上述單透鏡為凹面朝向物體側之凹凸透鏡者,且,上述攝像透鏡構成為,若將上述單透鏡之中心之厚度設為d1、將上述單透鏡之邊緣之厚度設為d1'、將上述單透鏡中之自朝向像面側之面之中心起至像面為止之後焦距設為d2時,滿足以下數式(1)及(2):
0.080<d1/d2<0.22 …(1)
d1'/d1<1.00 …(2)
所謂後焦距,係表示介質之幾何長度除以該介質之折射率所得之長度。
根據上述構成,可藉由使本攝像透鏡滿足數式(1),而使相當於自單透鏡起至像面為止之實質上之相隔距離之d2充分長於光程總長,因此,可使來自物體之周邊部分之光藉由單透鏡而準確地聚焦於像面中之所需之點。其結果,使本攝像透鏡獲得所需之寬視角變得簡單,從而使實現像周邊中之高解像力化變得簡單。
而且,根據上述構成,可藉由使本攝像透鏡滿足數式(2),而使單透鏡之邊緣之厚度d1'小於單透鏡之中心之厚度d1,因此可實現較寬之視角,藉此,於像周邊實現更高解像力化變得簡單。
因此,本攝像透鏡可實現像周邊中之更高解像力化。
又,本發明之攝像模組之特徵在於包括:上述本發明之攝像透鏡、及配置於上述攝像透鏡之像面上之固體攝像元件。
根據上述構成,可實現獲得與本攝像透鏡相同之效果之攝像模組。
又,本發明之攝像透鏡之製造方法之特徵在於:其係用以製造上述本發明之攝像透鏡者,且包括如下步驟:將被成形物成形為成形有複數個上述單透鏡之透鏡陣列;及將上述透鏡陣列依每個攝像透鏡加以分割。
又,本發明之攝像模組之製造方法之特徵在於:其係用以製造上述本發明之攝像模組者,且包括如下步驟:將被成形物成形為成形有複數個上述單透鏡之透鏡陣列;及將上述透鏡陣列依每個攝像模組加以分割。
根據上述構成,將複數個單透鏡成形為被成形物而製成透鏡陣列,並將該透鏡陣列依每1個攝像透鏡或攝像模組加以分割。因此,本製造方法分別係為如下之製造方法:對應於晶圓級透鏡製程,尤其於大量生產時,可降低製造成本之用以分別製造本攝像透鏡及本攝像模組者。
如上所述,本發明之攝像透鏡係自物體側起朝向像面側依序具備孔徑光闌及單透鏡,且上述單透鏡為凹面朝向物體側之凹凸透鏡者,且上述攝像透鏡構成為,若將上述單透鏡之中心之厚度設為d1,上述單透鏡之邊緣之厚度設為d1',上述單透鏡中自朝向像面側之面之中心起至像面為止之後焦距設為d2,則滿足數式(1)及(2)。
因此,本發明可獲得能夠實現像周邊中之更高解像力化之效果。
圖1係表示本發明一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖。
圖3係表示本發明另一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖。
圖5係表示本發明又一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖。
以下,於對圖1所示之攝像透鏡1、圖3所示之攝像透鏡31及圖5所示之攝像透鏡51中共通之技術內容進行說明之情形時,為方便說明,而將該等各攝像透鏡通稱為「本發明之攝像透鏡」。
具體而言,圖1、圖3及圖5均係表示本發明之攝像透鏡之包含X方向(紙面之左右方向)及Y方向(紙面之上下方向)之剖面的圖。X方向係表示自物體3側起至像面S5側之方向,本發明之攝像透鏡之光軸La係大致沿該X方向。Y方向係表示相對於X方向垂直之方向,本發明之攝像透鏡之光軸La之法線方向係大致沿著該Y方向。
本發明之攝像透鏡係自物體3側起朝向像面S5側依序具備孔徑光闌2、單透鏡L1及玻璃保護罩(像面保護玻璃)CG。
孔徑光闌2具體而言,係以包圍單透鏡L1中之朝向物體3側之面(透鏡物體側面)S1之周圍之方式設置。孔徑光闌2係以限制所入射之光之軸向光束之直徑為目的而設置,以使入射至本發明之攝像透鏡之光可適當地穿過單透鏡L1。
物體3係本發明之攝像透鏡進行成像之對象物,換言之,即本發明之攝像透鏡作為攝像對象之被攝體。
單透鏡L1係朝向物體3側之面S1成為凹面之眾所周知之凹凸透鏡。另一方面,此時,單透鏡L1係使凸面朝向像面S5側,但單透鏡L1中之朝向像面S5側之面(透鏡像側面)S2則為非球面。
再者,所謂透鏡之凸面,係表示透鏡之球狀表面向外側彎曲之部分。所謂透鏡之凹面,係表示透鏡向中空部彎曲之部分、即透鏡向內側彎曲之部分。
玻璃保護罩CG係設置於單透鏡L1與像面S5之間。玻璃保護罩CG係用以藉由包覆像面S5,而保護像面S5不受物理性損害等者。玻璃保護罩CG係包含朝向物體3側之面(物體側面)S3、及朝向像面S5側之面(像側面)S4。
像面S5係垂直於本發明之攝像透鏡之光軸La而形成有像之面,實像可於設置於像面S5之未圖示之屏幕上進行觀察。又,於具備本發明之攝像透鏡之攝像模組中,於像面S5上配置有攝像元件。
距離d1係自面S1之中心s1起至面S2之中心s2為止之距離,且對應於單透鏡L1之中心之厚度。
距離d2係自面S2之中心s2起至像面S5為止之距離(空氣換算),且對應於單透鏡L1中自朝向像面S5側之面S2之中心s2起至像面S5為止之後焦距。此處,所謂後焦距,係表示介質之幾何長度除以該介質之折射率所得之長度。
距離d1'係自面S1中之有效口徑之端部即邊緣e1起至面S2中之有效口徑之端部即邊緣e2為止之距離,且對應於單透鏡L1之邊緣之厚度。
然而,實際之本發明之攝像透鏡當然係為立體者,其結果,邊緣e1相當於面S1中之有效口徑之所有邊緣(例如圓周),邊緣e2相當於面S2中之有效口徑之所有邊緣(例如圓周)。於此情形時,距離d1'解釋為單透鏡L1之包含至少1個光學面之區域中之最薄之部分中自邊緣e1起至邊緣e2為止之距離即可。
距離d1、距離d2及距離d1'均為X方向上之距離,且其單位為mm(毫米)。
而且,本發明之攝像透鏡構成為滿足數式(1)及(2)。
0.080<d1/d2<0.22 …(1)
d1'/d1<1.00 …(2)
可藉由使本發明之攝像透鏡滿足數式(1),而使相當於自單透鏡L1起至像面S5為止之實質上之相隔距離之距離d2長於光程總長,因此,可使來自物體3之周邊部分之光於藉由單透鏡L1進行聚光時,準確地聚焦於像面S5中之所需之點。其結果,本發明之攝像透鏡獲得所需之寬視角變得簡單,且實現像周邊中之高解像力化變得簡單。
可藉由使本發明之攝像透鏡滿足數式(2),而使距離d1'短於距離d1,藉此可使單透鏡L1之邊緣之厚度小於單透鏡L1之中心之厚度,因此,可實現較寬之視角,藉此,使像周邊實現更高解像力化變得簡單。
因此,本發明之攝像透鏡可實現像周邊之更高解像力化。
此處,若數式(1)之值「d1/d2」為0.080以下,則伴隨著攝像透鏡之薄型化,存在單透鏡L1變得過薄,而難以使單透鏡L1成形之虞。另一方面,若該值「d1/d2」為0.22以上,則會與上述專利文獻4揭示之攝像透鏡同樣地,產生難以實現像周邊之高解像力化之問題。
又,若數式(2)之值「d1'/d1」為1.00以上,則單透鏡L1之邊緣之厚度將大於單透鏡L1之中心之厚度,因此,就實現寬視角之攝像透鏡之觀點而言並不適合,且存在對像周邊之高解像力化造成不良影響之虞。
因此,本發明之攝像透鏡構成為滿足數式(1)及(2)。
然而,專利文獻4揭示之攝像透鏡係單透鏡之中心增厚為0.90 mm左右,藉此,使光程總長變長,因此,即便使其滿足包含上述數式(A)及(B)之該文獻記載之各數式,亦會產生小型化之實現不充分之問題。
因此,本發明之攝像透鏡構成為滿足數式(3)。
d1<0.28 mm …(3)
可藉由使本發明之攝像透鏡進而滿足數式(3),而減小單透鏡L1之中心之厚度,因此可實現更小型化及薄型化。
再者,此時,可藉由滿足數式(1),而使值「d1/d2」大於0.080,藉此於使本發明之攝像透鏡滿足數式(2)時,可抑制於薄型化中距離d1'變得極小之情況,因此,單透鏡L1之成形不會變得如此困難。即,單透鏡L1藉由眾所周知之射出成形或模具成形,而可簡單成形。因此,本發明之攝像透鏡可同時實現小型化及薄型化、以及單透鏡L1之簡單成形。
進而,可藉由使本發明之攝像透鏡滿足數式(3),而增大單透鏡L1中之正折射力,因此,可使來自物體3之周邊部分之光於藉由單透鏡L1進行聚光時,更準確地聚焦於像面S5中之所需之點。
又,較佳為單透鏡L1之阿貝數未達50。
所謂阿貝數,係指折射度相對於光分散之比的光學介質之常數。即,所謂阿貝數,係指使不同波長之光向不同方向折射之程度,且阿貝數較高之介質相對於不同波長之光線折射之程度的分散減少。
藉此,作為單透鏡L1之材料,可應用阿貝數相對較低者,因此可用作單透鏡L1之材料之種類增加,且可減少無法使用晶圓級透鏡製程中較佳之單透鏡L1之材料之虞。因此,本發明之攝像透鏡可藉由利用晶圓級透鏡製程進行製造,而適於製造成本之降低及大量生產。關於晶圓級透鏡製程之詳細情況將於下文敘述。
又,較佳為玻璃保護罩CG之厚度超過0.3 mm。
藉此,可緩和污濁點,並且可保護像面S5不受物理性損害。再者,保護像面S5不受物理性損害對實施晶圓級透鏡製程較佳。
又,本發明之攝像透鏡係F數較佳為未達4。本發明之攝像透鏡之F數係以本發明之攝像透鏡之等價焦距除以本發明之攝像透鏡之入射瞳徑所得之值表示。本發明之攝像透鏡中,可藉由使該F數未達4,而使所成像之像較明亮。
構成單透鏡L1之材料較佳為熱硬化性樹脂或UV(Ultra Violet,紫外線)硬化性樹脂。熱硬化性樹脂係具有藉由賦予特定量以上之熱,而自液體狀態變化為固體狀態之特性之樹脂。UV硬化性樹脂係具有藉由照射特定強度以上之紫外線,而自液體狀態變化為固體狀態之特性之樹脂。
由於使單透鏡L1為包含熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂之構成,故本發明之攝像透鏡可於製造階段,以樹脂成形複數個單透鏡L1,並製作下述透鏡陣列141(參照圖10(a))。藉此,本發明之攝像透鏡為可藉由晶圓級透鏡製程而製造者,因此可實現製造成本之降低及大量生產,且可廉價提供。
此外,可藉由使單透鏡L1為包含熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂之構成,而對本發明之攝像透鏡實施回焊。亦即,由於單透鏡L1為耐熱材料,因此可實現能夠應對回焊之攝像透鏡。
然而,除此以外單透鏡L1亦可為塑膠透鏡或玻璃透鏡等。
自此處起,對圖1所示之攝像透鏡1、圖3所示之攝像透鏡31及圖5所示之攝像透鏡51之不同點進行說明。
於[表1]中,表示使用攝像透鏡1而構成之透鏡系統之設計式之具體例。
於[表2]中,表示使用攝像透鏡31而構成之透鏡系統之設計式之具體例。
於[表3]中,表示使用攝像透鏡51而構成之透鏡系統之設計式之具體例。
於[表1]~[表3]之各表中,各構成之折射率Nd及阿貝數νd均表示相對於d線(波長587.6 nm)之各材料之數值。所謂中心厚度,係指自相應之面中心起朝向像面側至下一面之中心為止之沿光軸La(參照圖1、圖3及圖5)之距離。所謂有效半徑,係指可限制光束之範圍之圓形區域(有效口徑)之半徑。
非球面係數之各係數係指構成非球面之非球面式即數式(4)中之i次非球面係數Ai(i為4以上之偶數)。於數式(4)中,Z為光軸方向(圖1、圖3及圖5之X方向)之座標,x為相對於光軸之法線方向(圖1、圖3及圖5之Y方向)之座標,R為曲率半徑(曲率之倒數),K為圓錐(conic)係數。
[表1]~[表3]之各表之各值「(常數a)E(常數b)」之記法表示「(常數a)×10之(常數b)次方」,例如「8.25E+11」係表示「8.25×10+11
」。
於[表4]中,一併表示攝像透鏡1、攝像透鏡31及攝像透鏡51之各規格之具體例。
於[表4]之項目「感測器」中,表示分別對應於本發明之攝像透鏡之各規格的固體攝像元件之規格。具體而言,對應於攝像透鏡1之規格之固體攝像元件之規格為VGA(Video Graphics Array,視頻圖形陣列)(640×480像素)類型,尺寸為1/13型。對應於攝像透鏡31及51之各規格之固體攝像元件之規格均為VGA類型,尺寸為1/10型。
本發明之攝像透鏡與VGA類型之固體攝像元件組合而成之本發明之攝像模組(詳細情況將於下文敘述),可實現具有良好之解像性能之攝像模組,並且可減少透鏡之片數,從而可減少可能產生製造公差之要因,因此製造變得簡單。
於[表4]之項目「感測器像素間距」中,表示分別對應於本發明之攝像透鏡之各規格的固體攝像元件之像素間距。該感測器像素間距如[表4]所示,較佳為未達2.5 μm。藉由使用像素間距未達2.5 μm之感測器(固體攝像元件),可實現充分發揮高像素之攝像元件性能之攝像模組。
有效像圓半徑係分別藉由本發明之攝像透鏡予以解像之像之有效的成像圓尺寸。
於[表4]之項目「材料」中,分別表示相對於d線(波長587.6 nm)之單透鏡L1之折射率Nd及阿貝數νd。
於[表4]之項目「視角」中,分別表示本發明之攝像透鏡之視角、即藉由本發明之攝像透鏡而可成像之角度,以D(對角)、H(水平)及V(垂直)之三維參數表示。
於[表4]之項目「周邊光量比」中,表示像高h0.6、像高h0.8及像高h1.0之各自之本發明之攝像透鏡之各周邊光量比(光量相對於像高h0之光量的比例)。
所謂像高,係指以圖像之中心作為基準之像的高度。而且,像高相對於最大像高之高度係以比例表現,且以圖像中心為基準,當表示與相當於該最大像高之80%之高度之像高的高度相對應之部分之情形時,如上所述,表現為像高h0.8(另外,亦存在表現為像高8成、h0.8之情形)。像高h0、像高h0.6、像高h1.0亦以與像高h0.8相同之方式表現。
於[表4]之項目「CRA」中,表示像高h0.6、像高h0.8、像高h1.0之各自之本發明之攝像透鏡之各主光線角度(Chief Ray Angle:CRA)。
於[表4]之項目「光程總長」中,分別表示本發明之攝像透鏡之自孔徑光闌2限制光之部分起至像面S5為止之距離。亦即,所謂本發明之攝像透鏡之光程總長,係指對光學特性賦予某種影響之所有構成要素之於光軸方向上之尺寸的總計。
又,對圖1所示之攝像透鏡1、圖3所示之攝像透鏡31及圖5所示之攝像透鏡51之結構上之不同點,進行如下之簡明敘述。
即,攝像透鏡1係於單透鏡L1之材料中應用熱硬化性樹脂材料。又,如上所述,與攝像透鏡1之規格對應之固體攝像元件之規格係為VGA類型,且尺寸為1/13型。
又,攝像透鏡31係於單透鏡L1之材料中應用熱塑性樹脂材料。又,如上所述,與攝像透鏡31之規格對應之固體攝像元件之規格係為VGA類型,且尺寸為1/10型。單透鏡L1之中心之厚度(即,圖3所示之距離d1)為0.148 mm,單透鏡L1之邊緣之厚度(即,圖3所示之距離d1')為0.084 mm。攝像透鏡31係相對較薄地形成單透鏡L1。
又,攝像透鏡51係於單透鏡L1之材料中應用熱塑性樹脂材料。又,如上所述,與攝像透鏡51之規格對應之固體攝像元件之規格係為VGA類型,且尺寸為1/10型。其中,單透鏡L1之中心之厚度(即,圖5所示之距離d1)為0.266 mm,單透鏡L1之邊緣之厚度(即,圖5所示之距離d1')為0.185 mm。攝像透鏡51係將單透鏡L1形成為厚於攝像透鏡31。
根據[表4],就值「d1/d2」而言,攝像透鏡1為約0.149 mm(距離d1)/約1.369 mm(距離d2)=約0.109,攝像透鏡31為約0.148 mm(距離d1)/約1.722 mm(距離d2)=約0.086,攝像透鏡51為約0.266 mm(距離d1)/約1.754 mm(距離d2)=約0.152。由該等可知,本發明之攝像透鏡均滿足數式(1)。
又,根據[表4],就值「d1'/d1」而言,攝像透鏡1為約0.093 mm(距離d1')/約0.149 mm=約0.63,攝像透鏡31為約0.084 mm(距離d1')/約0.148 mm=約0.57,攝像透鏡51為約0.185 mm(距離d1')/約0.266 mm=約0.69。由該等可知,本發明之攝像透鏡均滿足數式(2)。
進而,根據[表4],就距離d1而言,攝像透鏡1、攝像透鏡31及攝像透鏡51均未達0.28 mm。由該等可知,本發明之攝像透鏡均滿足數式(3)。
根據[表4],攝像透鏡1之單透鏡L1之阿貝數為45,未達50。
根據[表4],本發明之攝像透鏡之玻璃保護罩CG之厚度均為0.5 mm,超過0.3 mm。
根據[表4],攝像透鏡1及攝像透鏡31之F數為2.8,攝像透鏡51之F數為3.2,均未達4。
圖2(a)~(c)係表示攝像透鏡1之各種像差之特性之圖表,且(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變。
圖4(a)~(c)係表示攝像透鏡31之各種像差之特性之圖表,且(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變。
圖6(a)~(c)係表示攝像透鏡51之各種像差之特性之圖表,且分別(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變。
根據圖2(a)~(c)、圖4(a)~(c)及圖6(a)~(c)所示之各圖表,可知殘留像差量較小(相對於光軸La之法線方向,即各像差之大小相對於圖1、圖3及圖5分別所示之Y方向之位移的偏差較小),因此本發明之攝像透鏡具有良好之光學特性。
上述各球面像差、各像散及各畸變係分別相對於405 nm、436 nm、486 nm、546 nm、588 nm及656 nm共計6種入射光之波長的像差之結果。
於圖2(a)及(b)、圖4(a)及(b)以及圖6(a)及(b)所示之各圖表中,自紙面左側之曲線起依序表示405 nm、436 nm、486 nm、546 nm、588 nm及656 nm之各波長中之像差。
於圖2(b)、圖4(b)及圖6(b)中,分別表示橫軸之變動幅度相對較大之曲線相對於弦切像面之像差,及橫軸之變動幅度相對較小之曲線相對於弧矢像面之像差。
再者,所謂弧矢像面,係指藉由自光學系統之光軸外之物點入射至光學系統之光線中在旋轉對稱之光學系統中與包含主光線與光軸之面垂直之平面(弧矢平面)中所包含之光線(弧矢光線)而形成之像點之軌跡。所謂弦切像面,係指藉由與弧矢光線之光束正交且包含主光線之光束(子午光束)而產生之像面。由於弧矢像面及弦切像面均為一般性之光學用語,因此省略更詳細之說明。
又,於圖13(a)~(c)中分別表示攝像透鏡1(圖13(a))、攝像透鏡31(圖13(b))及攝像透鏡51(圖13(c))之相對於空間頻率特性之MTF(Modulation Transfer Function:調制轉換函數)。圖13(a)~(c)所示之各圖表係表示像高h0、像高h0.2、…、像高h0.8及像高h1.0之弧矢像面及弦切像面之MTF。於該等各圖表中,縱軸為MTF之值,橫軸為空間頻率。該空間頻率表示0~「Nyq./2」lp/mm之範圍。根據圖13(a)~(c)所示之各圖表,由於本發明之攝像透鏡之任一者於相當於「Nyq./2」之空間頻率中,像高h0~h1.0之任一像高均具有較高之MTF特性,因此可表現出至周邊為止具有優異之解像性能。
又,於圖14(a)~(c)中分別表示攝像透鏡1(圖14(a))、攝像透鏡31(圖14(b))及攝像透鏡51(圖14(c))之相對於像面位置(單透鏡L1-感測器之間的距離)之MTF變化,即所謂的散焦MTF。於圖14(a)~(c)所示之各圖表中,縱軸為MTF,橫軸為焦距位移量(像面沿光軸La方向偏離之量)。該等各圖表係表示像高h0、像高h0.2、…、像高h0.8及像高h1.0之弧矢像面及弦切像面之MTF。該空間頻率為0~「Nyq./4」lp/mm,該等各圖表係表示該空間頻率之特性值。由於所有像高之焦距位移特性圖表一致,因此表示像面彎曲經良好修正。
再者,所謂「Nyq.」,係表示與本發明之攝像透鏡之規格對應的感測器(固體攝像元件)之奈奎斯特(Nyquist)頻率。所謂該感測器之奈奎斯特(Nyquist)頻率,係表示根據感測器像素間距所計算之取決於該感測器像素間距值的可進行解像之空間頻率之值。具體而言,感測器之奈奎斯特(Nyquist)頻率(單位:lp/mm)係藉由以下數式(5)而算出。
Nyq.=1/(感測器像素間距:單位μm)/2 …(5)
進而,作為用以獲得圖13(a)~(c)及圖14(a)~(c)所示之各特性之模擬光源(未圖示),使用以下加權之白色光。
404.66 nm=0.13
435.84 nm=0.49
486.1327 nm=1.57
546.07 nm=3.12
587.5618 nm=3.18
656.2725 nm=1.51
圖7係表示具備本發明之攝像透鏡之攝像模組60之構成的剖面圖。
此處,作為應注意之處,圖1、圖3、及圖5中分別所示之本發明之攝像透鏡之單透鏡L1為了方便說明,而僅選取相當於各有效口徑之部分(換言之,圖示不存在邊緣(edge)之情況)進行圖示。其中,通常本發明之攝像透鏡、進而具備該攝像透鏡之攝像模組係如圖7之攝像模組60所示,成為於單透鏡L1中之有效口徑之周圍設置有邊緣之構成。
再者,單透鏡L1中設置有邊緣之構成係以實現減少光學特性惡化之虞且適於製造成本之降低及大量生產之攝像透鏡及攝像模組為目的而應用之構成。
即,具備設置有邊緣之單透鏡L1之本發明之攝像透鏡可簡單地於單透鏡L1中確保適當之非球面特性,因此可減少光學特性惡化之虞。
又,為了製作成形有複數個單透鏡L1之透鏡陣列141(參照圖10(a)),而於透鏡陣列141之結構方面,必需於單透鏡L1中設置邊緣。亦即,為了實現製造成本之降低及大量生產,於藉由晶圓級透鏡製程製造本發明之攝像透鏡及攝像模組之情形時,單透鏡L1之邊緣可謂不可缺少之構成。
圖7所示之攝像模組60具備單透鏡L1、玻璃保護罩CG、框架61及感測器(固體攝像元件)62。又,攝像模組60中將孔徑光闌2形成於框架61。具體而言,孔徑光闌2係以使單透鏡L1之凹面(面S1)之部分露出之方式形成於框架61。
即,可解釋為攝像模組60具備本發明之攝像透鏡、框架61及感測器62之構成。
框架61係用以收納本發明之攝像透鏡之框體,且包含具有遮光性之材料。玻璃保護罩CG係載置於感測器62上。
感測器62係配置於像面S5(參照圖1等),且包含以CCD型影像感測器或CMOS型影像感測器等固體攝像元件構成之攝像元件。藉由使用固體攝像元件構成感測器62,可使攝像模組60實現小型化及薄型化。尤其,於搭載於攜帶型資訊終端機及行動電話等攜帶型終端機(未圖示)之攝像模組60中,可藉由使用固體攝像元件構成感測器62,而實現高解像力且小型及薄型之攝像模組。
感測器62之像素間距較佳為與本發明之攝像透鏡之感測器像素間距(參照表4)對應之像素間距。因此,感測器62之像素間距較佳為未達2.5 μm。
作為感測器62,可藉由使用像素間距未達2.5 μm之固體攝像元件,而使攝像模組60充分發揮高像素攝像元件之性能。
又,感測器62較佳為VGA類型之固體攝像元件。藉此,攝像模組60除具有良好之解像性能以外,且可減少透鏡之片數,從而可減少可能產生製造公差之要因,因此製造變得簡單。
先前,於使用VGA類型之攝像元件之攝像模組中,主要搭載有由2片透鏡構成之攝像透鏡。而於使用VGA類型之攝像元件之攝像模組中搭載由1片透鏡(僅單透鏡L1)構成之本發明之攝像透鏡,與攝像模組中搭載有由2片透鏡構成之攝像透鏡之情形相比,雖解像度略差,但由於可減少透鏡片數,因此公差要素減少,製造變得簡單。
攝像模組60可發揮與本發明之攝像透鏡相同之效果。
進而,攝像模組60於所具備之本發明之攝像透鏡中,各種像差良好。因此,於攝像模組60中,即便省略用以調整本發明之攝像透鏡與感測器62之相隔距離之未圖示之調整機構,及未圖示之鏡筒,對維持高解像力造成之不良影響亦較小。可藉由省略該等調整機構及鏡筒,而使攝像模組60實現小型化及薄型化、以及低成本化。
攝像模組60係可藉由使用本發明之攝像透鏡,而構成為基於其廣泛之容許製造誤差而省略透鏡與像面間距之調整機構之簡易結構之攝像模組。
圖8所示之攝像模組70係對圖7所示之攝像模組60省略了框架61。藉此,於攝像模組70中,孔徑光闌2係以與圖1、圖3及圖5中分別所示之攝像透鏡1、攝像透鏡31及攝像透鏡51大致相同之結構而設置。
又,圖8所示之攝像模組70係使圖7所示之攝像模組60,以單透鏡L1中之朝向感測器62側之面(面S2)之邊緣突出於感測器62側之方式而設置,該邊緣係載置於玻璃保護罩CG上。
攝像模組70可藉由省略用以收納攝像透鏡之框體即框架61,且省略框架61,而實現更小型化及薄型化、以及低成本化。攝像模組70係基於省略未圖示之調整機構及鏡筒之攝像模組60之結構。
除此以外,攝像模組70係與攝像模組60相同。
自此處起,參照圖9(a)~(d),對本發明之攝像透鏡及具備其之本發明之攝像模組之一製造方法進行說明。
單透鏡L1係主要藉由使用熱塑性樹脂131之射出成形而製作。使用熱塑性樹脂131之射出成形,係將藉由加熱而軟化之熱塑性樹脂131一面施加特定之射出壓力(大約10~3000 kgf/c)一面壓入至模具132中,從而將熱塑性樹脂131填充至模具132中(參照圖9(a))。
將成形有單透鏡L1之熱塑性樹脂131自模具132中取出,並分割為每1片單透鏡L1(參照圖9(b))。
圖9(a)及(b)係例示2片單透鏡L1整批成形之情形,但亦可使3片以上之單透鏡L1整批成形,亦可使1片單透鏡L1成形。
將經分割之1片單透鏡L1嵌入或壓入至透鏡筒(框架)133中進行組裝(參照圖9(c))。再者,孔徑光闌2(參照圖1等)係以與圖7所示之攝像模組60相同之結構形成於透鏡筒133中。
將圖9(c)所示之完成前之攝像模組137嵌入至鏡筒134中進行組裝。進而其後,於具備單透鏡L1而構成之本發明之攝像透鏡之像面S5(參照圖1等)上,搭載受光部分貼附有玻璃保護罩135之感測器136。如此,完成攝像模組137(參照圖9(d))。
射出成形透鏡即單透鏡L1中所使用之熱塑性樹脂131之負載熱變形溫度為攝氏130度左右。因此,由於熱塑性樹脂131對於實施表面安裝中主要應用之技術即回焊時之熱歷程(最大溫度為攝氏260度左右)之耐受性不充分,因此無法耐受回焊時所產生之熱。
由此,於將攝像模組137安裝於基板時,係採用如下之安裝方法:藉由回焊而僅安裝感測器136部分,另一方面,藉由樹脂來黏接單透鏡L1部分,或對單透鏡L1之搭載部分進行局部加熱。
再者,玻璃保護罩135作為包含於感測器136者,以位於感測器136中之四邊形進行圖示。攝像模組60及70(分別參照圖7及圖8),係將玻璃保護罩CG載置於感測器62之大致整個面(貼附於感測器62中之單透鏡L1側之大致整個面),另一方面,攝像模組137,係僅於感測器136之受光部分貼附玻璃保護罩135。
繼而,參照圖10(a)~(d)對本發明之攝像透鏡及具備其之本發明之攝像模組之另一製造方法進行說明。再者,圖10(a)~(d)所示之攝像透鏡及攝像模組之製造方法相當於作為製造方法更佳之晶圓級透鏡製程。
近年來,使用熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂(被成形物)作為單透鏡L1之材料之所謂的耐熱相機模組之開發不斷取得進展。此處說明之攝像模組147係為該耐熱相機模組,且使用熱硬化性樹脂取代熱塑性樹脂131(參照圖9(a))作為單透鏡L1之材料。亦可使用UV硬化性樹脂取代熱硬化性樹脂。
使用熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂作為單透鏡L1之材料之原因係藉由將大量之攝像模組147整批且短時間進行製造,而可實現攝像模組147之製造成本之降低,以及由於可對攝像模組147實施回焊。
業已提出有多種製造攝像模組147之技術。其中代表性技術為上述射出成形及晶圓級透鏡製程。尤其,最近於攝像模組之製造時間及其他綜合性見解中,被認為更有利之晶圓級透鏡(可回焊透鏡)製程受到注目。
於實施晶圓級透鏡製程時,必需抑制因熱導致單透鏡L1中產生塑性變形。根據此必要性,作為單透鏡L1,使用即便受熱亦難以變形之耐熱性極為優異之熱硬化性樹脂材料或UV硬化性樹脂材料之晶圓級透鏡(透鏡陣列)受到注目。具體而言,使用具有即便受到10秒以上之攝氏260~280度之熱亦不產生塑性變形之程度之耐熱性的熱硬化性樹脂材料或UV硬化性樹脂材料之晶圓級透鏡受到注目。晶圓級透鏡製程係於藉由透鏡陣列成形模具142及143將熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂整批成形為成形有多片單透鏡L1之透鏡陣列141後,搭載感測器陣列146,並分割為每1個攝像模組147,從而製造攝像模組147。
以下,對晶圓級透鏡製程之詳細情況進行說明。
於晶圓級透鏡製程中,首先,製作如下透鏡陣列141:藉由形成有多個凸部之透鏡陣列成形模具142與形成有對應於各個該凸部之多個凹部之透鏡陣列成形模具143,來夾持熱硬化性樹脂,並藉由透鏡陣列成形模具142及143中所產生之熱使熱硬化性樹脂硬化,並使透鏡成形於每個互相對應之該凸部及凹部之組合中(參照圖10(a))。
再者,如圖10(a)所示,若為了藉由透鏡陣列成形模具142及143製作透鏡陣列141,而使用形成有多個與單透鏡L1之面S1(參照圖1等)為相反形狀之凸部之透鏡陣列成形模具142、及形成有多個對應於各個該凸部之與單透鏡L1之面S2(參照圖1等)為相反形狀之凹部之透鏡陣列成形模具143,即可易於製作。
又,此時,亦可以使透鏡陣列141中之各凹部即對應於各單透鏡L1之面S1(參照圖1等)之部分露出之方式,安裝一體形成有多個孔徑光闌2之孔徑光闌陣列(未圖示)。又,亦可於每個單透鏡L1上安裝孔徑光闌2。安裝孔徑光闌2之時序及安裝之方法並無特別限定,為便於說明,此處省略圖示。
對圖10(a)所示之透鏡陣列141,以使各單透鏡L1之光軸La與相應之各感測器145之中心145c重合之方式,搭載一體搭載有多個感測器145之感測器陣列146(參照圖10(b))。各感測器145係分別配置於相應之本發明之各攝像透鏡之像面S5(參照圖1等)上,進而,於受光部分貼附有玻璃保護罩144。
藉由圖10(b)所示之步驟,而將成為陣列狀之多個攝像模組147分割為每1個攝像模組147(參照圖10(c)),從而完成攝像模組147(參照圖10(d))。
再者,玻璃保護罩144作為包含於感測器145中者,係以位於感測器145中之四方形進行圖示。攝像模組60及70(分別參照圖7及圖8),係將玻璃保護罩CG載置於感測器62之大致整個面(貼附於感測器62中之單透鏡L1側之大致整個面),另一方面,攝像模組147,係僅於感測器145之受光部分貼附有玻璃保護罩144。
再者,省略圖10(b)所示之搭載各感測器145(感測器陣列146)之步驟,而僅搭載玻璃保護罩144,藉此若自攝像模組147中省略攝像元件,則亦可容易地藉由晶圓級透鏡製程來製造攝像透鏡。
其中,關於安裝玻璃保護罩135及144之時序及安裝之方法並無特別限定。如此,本發明之攝像透鏡或攝像模組中設置玻璃保護罩(像面保護玻璃)之形態可為圖7及圖8所示之形態或圖9(d)及圖10(d)所示之形態之任一者。
可將如此製造之攝像模組147作為圖8所示之攝像模組70。可使如此製造之上述攝像透鏡作為本發明之攝像透鏡。
以上,藉由圖10(a)~(d)所示之晶圓級透鏡製程,而整批製造多個攝像模組147,藉此可降低攝像模組147之製造成本。進而,於將已完成之攝像模組147安裝於未圖示之基板時,為了避免因回焊產生之熱(最大溫度為攝氏260度左右)導致塑性變形,單透鏡L1更佳為使用對攝氏260~280度之熱具有10秒以上之耐受性之熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂。藉此,可對攝像模組147實施回焊。藉由於晶圓級之製造步驟中進而應用具有耐熱性之樹脂材料,而可廉價地製造可應對回焊之攝像模組。
自此處起,對於製造攝像模組147而言較佳之單透鏡L1之材料進行考量。
自先前以來,由於塑膠透鏡材料係主要使用熱塑性樹脂,因此材料廣泛且品種齊全。
另一方面,由於熱硬化性樹脂材料及UV硬化性樹脂材料作為單透鏡L1之用途正處於開發過程中,因此,目前材料之品種及光學常數方面劣於熱塑性材料,且價格較高。一般而言,較佳為光學常數為低折射率且低分散之材料。又,於光學設計中,較佳為具有廣泛之光學常數之選擇範圍(參照圖11及圖12)。
然而,專利文獻4揭示之攝像透鏡係單透鏡之中心增厚為0.90 mm左右,藉此,使光程總長變長,因此即便使其滿足包含數式(A)及(B)之該文獻記載之各數式,亦會產生小型化之實現不充分之問題。
因此,本發明之攝像透鏡之特徵在於,構成為滿足數式(3)。
d1<0.28mm …(3)
根據上述構成,可藉由使本攝像透鏡滿足數式(3),而減小單透鏡之中心之厚度d1,因此可實現更小型化及薄型化。
再者,此時,藉由使其滿足數式(1),而使上述值「d1/d2」大於0.080,藉此於使本攝像透鏡滿足數式(2)時,可抑制於薄型化中單透鏡之邊緣之厚度d1'極度減小之情況,因此單透鏡之成形不會變得困難。因此,本攝像透鏡可同時實現小型化及薄型化、以及單透鏡之簡單成形。
進而,根據上述構成,可藉由使本攝像透鏡滿足數式(3),而使單透鏡中之正折射力變大,因此可使來自物體之周邊部分之光藉由單透鏡而準確地聚焦於像面中之所需之點。
又,本發明之攝像透鏡之特徵在於,上述單透鏡之阿貝數未達50。
根據上述構成,作為單透鏡之材料,可應用阿貝數相對較低者,因此可用作單透鏡之材料的材料之種類增加,且可減少無法使用下述晶圓級透鏡製程(參照專利文獻5及6)中較佳之單透鏡之材料之虞。因此,本攝像透鏡係藉由晶圓級透鏡製程而製造,藉此可製成適於製造成本之降低及大量生產者。
又,本發明之攝像透鏡之特徵在於,於像面與上述單透鏡之間具備用以保護像面之像面保護玻璃,且上述像面保護玻璃之厚度超過0.3 mm。
根據上述構成,可緩和污濁點,並且可保護像面不受物理性損害。再者,保護像面不受物理性損害對晶圓級透鏡製程之實施較佳。
又,本發明之攝像透鏡之特徵在於F數未達4。
根據上述構成,可實現成像之像較為明亮之攝像透鏡。
又,本發明之攝像透鏡之特徵在於,上述單透鏡包含受到熱或紫外線便會硬化之樹脂。
根據上述構成,可藉由使單透鏡為包含熱硬化性樹脂或UV(Ultra Violet:紫外線)硬化性樹脂之構成,而以樹脂使複數個單透鏡成形,從而可製作下述透鏡陣列。
因此,根據上述構成,本攝像透鏡係可藉由晶圓級透鏡製程而製造者,因此可實現製造成本之降低及大量生產,且可廉價提供。
此外,可藉由使單透鏡為包含熱硬化性樹脂或UV硬化性樹脂之構成,而對本攝像透鏡實施回焊。亦即,由於單透鏡為耐熱材料,因此可實現能夠應對回焊之攝像透鏡。
又,本發明之攝像模組之特徵在於,上述固體攝像元件之像素間距未達2.5 μm。
根據上述構成,可藉由使用像素間距未達2.5 μm之固體攝像元件,而實現充分發揮高像素攝像元件性能之攝像模組。
又,本發明之攝像模組之特徵在於,上述固體攝像元件為VGA(Video Graphics Array:視頻‧圖形‧陣列)類型之攝像元件。
根據上述構成,本攝像模組係藉由應用VGA類型之攝像元件,而可實現具有良好之解像性能之攝像模組,並且可減少透鏡之片數,從而可減少可能產生製造公差之要因,因此製造變得簡單。
又,本發明之攝像透鏡之製造方法及本發明之攝像模組之製造方法之特徵在於,上述被成形物係為受到熱或紫外線便會硬化之樹脂。
根據上述構成,可對利用本製造方法之各者所製造之本攝像透鏡及本攝像模組實施回焊。又,根據上述構成,將複數個單透鏡成形為被成形物,而使製作透鏡陣列變得簡單。
本發明並不限定於上述各實施形態,可於請求項所示之範圍內進行各種變更,關於對於不同實施形態中分別揭示之技術性手段進行適當組合而獲得之實施形態亦包含於本發明之技術性範圍內。
本發明可利用於以搭載於行動終端為目的之攝像透鏡、攝像模組、攝像透鏡之製造方法及攝像模組之製造方法。
1、31、51...攝像透鏡(本發明之攝像透鏡)
2...孔徑光闌
3...物體
60、70、137、147...攝像模組
61...框架
62、136、145...感測器(固體攝像元件)
131...熱塑性樹脂
132...模具
133...透鏡筒(框架)
134...鏡筒
141...透鏡陣列
142、143...透鏡陣列成形模具
145c...感測器之中心
146...感測器陣列
CG、135、144...玻璃保護罩
d1...單透鏡之中心之厚度
d1'...單透鏡之邊緣之厚度
d2...自單透鏡中之朝向像面側之面之中心至像面為止之後焦距
e1...單透鏡中之朝向物體側之面之邊緣
e2...單透鏡中之朝向像面側之面之邊緣
L1...單透鏡
La...攝像透鏡之光軸
S1...單透鏡中之朝向物體側之面
s1...單透鏡中之朝向物體側之面之中心
S2...單透鏡中之朝向像面側之面
s2...單透鏡中之朝向像面側之面之中心
S3...玻璃保護罩CG中之朝向物體側之面
S4...玻璃保護罩CG中之朝向像面側之面
S5...像面
圖1係表示本發明一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖;
圖2(a)~(c)係表示圖1所示之攝像透鏡之各種像差之特性的圖表,且(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變;
圖3係表示本發明另一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖;
圖4(a)~(c)係表示圖3所示之攝像透鏡之各種像差之特性的圖表,且(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變;
圖5係表示本發明又一實施形態之攝像透鏡之構成之剖面圖;
圖6(a)~(c)係表示圖5所示之攝像透鏡之各種像差之特性的圖表,且(a)表示球面像差,(b)表示像散,(c)表示畸變;
圖7係表示本發明之攝像模組之構成之剖面圖;
圖8係表示本發明之另一攝像模組之構成之剖面圖;
圖9(a)~(d)係表示本發明之攝像透鏡及攝像模組之製造方法之剖面圖;
圖10(a)~(d)係表示本發明之攝像透鏡及攝像模組之另一製造方法之剖面圖;
圖11係表示作為d線上之攝像透鏡整體之折射率及阿貝數分別相對於熱塑性樹脂及熱硬化性樹脂的各關係之表;
圖12係表示圖11所示之各關係之圖表;
圖13(a)~(c)係表示本發明之攝像透鏡之對於空間頻率特性之MTF(Modulation Transfer Function:調制轉換函數)的圖表,且圖13(a)表示圖1所示之攝像透鏡之特性,圖13(b)表示圖3所示之攝像透鏡之特性,圖13(c)表示圖5所示之攝像透鏡之特性;及
圖14(a)~(c)係表示本發明之攝像透鏡之MTF對於像面位置之變化的圖表,且圖14(a)表示圖1所示之攝像透鏡之特性,圖14(b)表示圖3所示之攝像透鏡之特性,圖14(c)表示圖5所示之攝像透鏡之特性。
1...攝像透鏡(本發明之攝像透鏡)
2...孔徑光闌
3...物體
CG...玻璃保護罩
d1...單透鏡之中心之厚度
d1'...單透鏡之邊緣之厚度
d2...自單透鏡中之朝向像面側之面之中心至像面為止之後焦距
e1...單透鏡中之朝向物體側之面之邊緣
e2...單透鏡中之朝向像面側之面之邊緣
L1...單透鏡
La...攝像透鏡之光軸
S1...單透鏡中之朝向物體側之面
s1...單透鏡中之朝向物體側之面之中心
S2...單透鏡中之朝向像面側之面
s2...單透鏡中之朝向像面側之面之中心
S3...玻璃保護罩CG中之朝向物體側之面
S4...玻璃保護罩CG中之朝向像面側之面
S5...像面
Claims (7)
- 一種攝像模組,其特徵在於包含:攝像透鏡;及固體攝像元件,其配置於上述攝像透鏡之像面;且上述攝像透鏡係自物體側起朝向像面側依序具備孔徑光闌及單透鏡,且上述單透鏡為阿貝數未達50、凹面朝向物體側之凹凸透鏡者,且上述攝像透鏡構成為:若將上述單透鏡之中心之厚度設為d1、將上述單透鏡之邊緣之厚度設為d1'、將上述單透鏡中自朝向像面側之面之中心起至像面為止之空氣換算長度設為d2時,滿足以下數式(1)、(2)及(3):0.080<d1/d2<0.22…(1) d1'/d1<1.00…(2) d1<0.28mm…(3);且上述固體攝像元件之像素間距為1.75μm或2.20μm。
- 如請求項1之攝像模組,其中於上述攝像透鏡之像面與上述單透鏡之間,具備用以保護像面之像面保護玻璃,且上述像面保護玻璃之厚度超過0.3mm。
- 如請求項1之攝像模組,其中上述攝像透鏡之F數未達4。
- 如請求項1之攝像模組,其中上述單透鏡包含當被賦予熱即硬化之樹脂或賦予紫外線即硬化之樹脂。
- 如請求項1之攝像模組,其中上述固體攝像元件係為視頻圖形陣列(VGA)類型之攝像元件。
- 一種攝像模組之製造方法,其特徵在於:其係用以製造如請求項1之攝像模組者,且包括如下步驟:將被成形物成形為成形有複數個上述單透鏡之透鏡陣列;及將上述透鏡陣列依每個攝像模組加以分割。
- 如請求項6之攝像模組之製造方法,其中上述被成形物係為當被賦予熱即硬化之樹脂或賦予紫外線即硬化之樹脂。
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