專利名稱：用于制備可調(diào)透鏡的方法
用于制備可調(diào)透鏡的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制備可調(diào)透鏡的方法，以及具體涉及基于晶片技 術用于制備可調(diào)透鏡的方法。
在日益漸增的應用中，對適于可調(diào)透鏡元件的低成本、高容量方 案存在著日益漸增的需求。照相機在移動電話中的普及使用利用數(shù)百 萬的透鏡。這種透鏡的配置需要滿足若干要求，諸如當將透鏡安裝在 移動電話中的照相機模塊頂部上時容易操作，提供盡可能少的操作步 驟等。當逸鏡配置包括可調(diào)參數(shù)時，這些挑戰(zhàn)甚至更嚴重，諸如在自 動聚焦透鏡中遇到的那樣，例如其中必須調(diào)節(jié)焦距以便適合從透鏡到 待照相物體的距離。這種透鏡通常具有復雜的配置，例如其具有可動 部分，其會使得難于以合理方式對其進行組裝。上述配置的另一挑戰(zhàn) 是對提供盡可能薄透鏡的日益漸增的需求。薄和質(zhì)輕的移動電話和照 相機是市場上不可缺少的。
在現(xiàn)有技術中存在一些提供簡化的可變焦距的透鏡組件的透鏡配
置的一些示例。例如，JP02- 178602公開了一種透鏡組件，其中其間 具有液體的兩個透明基材通過將電壓施加到設置于基材之一上的壓電 元件上而提供基材的彎曲，其中彎曲為透鏡組件的表面提供所需的曲 率。
JP2000-249813 />開了 一種透鏡組件，該透鏡組件包括設置于兩個 可彎曲透明板片之間內(nèi)的可變形透明材料。標準執(zhí)行器可使得板片彎 曲以便提供透鏡組件焦距的變動。
JP01-140118公開了 一種可調(diào)透鏡組件，該透鏡組件包括壓電聚合 物，其中位于圓柱體容器頂部上的透明電極包括透明液體。施加到壓 電聚合物上的電壓提供聚合物的曲率，并且因此提供焦距的變動。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)明了如

圖1所示的可調(diào)透鏡組件的配置。本發(fā) 明的一方面是提供用于制備如圖l所示的透鏡組件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于制備透鏡組件的方法包括以下的結(jié)構 元件和結(jié)構關系，以元件的所列順序或以元件的任意順序包括所有列 出的元件或這些元件的任意子組合，可以具有或不具有未公開的其它元件，支撐凝膠或彈性體的至少一個支撐物，其包括薄的玻璃覆蓋物， 其中薄的玻璃覆蓋物的圓形中間部分設置成島狀物，不與玻璃覆蓋物 的剩余部分接觸，在凝膠頂部浮動，其中薄的圓環(huán)形的壓電晶體沿著 玻璃島狀物的邊緣設置，玻璃覆蓋物的剩余部分設置在凝膠頂部上， 直到到達至少一個支撐物的邊緣，其中沿著至少一個支撐物邊緣的遠 端元件為施加到壓電環(huán)上的信號提供電連接，并且同時遠端元件為玻 璃覆蓋物提供機械支撐以及將玻璃覆蓋物固定到至少一支撐物上，并 且可以大批量生產(chǎn)。
本發(fā)明涉及用于制備可調(diào)透鏡方法的示例，其中柔性透明材料夾 置在兩個玻璃板片之間，其中玻璃板片之一或兩者通過執(zhí)行器裝置(例 如，壓電執(zhí)行器)成形。包括柔性材料以便提供透鏡的膨脹材料，并 且例如可通過聚合物凝膠、彈性體、或線性或接枝的聚合物或寡聚油 提供。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例，提供適于晶片級的可調(diào)透鏡的制備過程。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，可得到晶片級的可調(diào)透鏡，其具有堆疊的
其它固定或可調(diào)透鏡。
本發(fā)明的另一方面是有利于得到可調(diào)透鏡，其在晶片級組件上具
有其它光學系統(tǒng)，諸如光學傳感器(例如，以便適于晶片級照相機模塊)。
本發(fā)明的另一方面是以緊湊方式包括用于執(zhí)行器的像電接觸的特征。
圖1示出可調(diào)透鏡組件的配置；
圖2示出圖1中所示配置的透視圖3示出可調(diào)透鏡的另一示例；
圖4示出晶片上的透鏡組件陣列；
圖5示出晶片上的透鏡組件的另一陣列；
圖6示出具有部分去除的聚合物的透鏡組件；
圖7示出透鏡組件的另一示例。
存在用于制備小型可調(diào)透鏡以便適用于諸如(自動)調(diào)焦透鏡或 變焦透鏡的若干技術可行的方案。本發(fā)明涉及用于制備可調(diào)透鏡的過 程，該透鏡包括夾置在兩個或多個剛性材料(例如玻璃或更硬的聚合 物材料)之間的柔性材料(通常為聚合物凝膠、彈性體或油)。這些剛性材料之一或兩者連接到執(zhí)行器。執(zhí)行器提供使得剛性覆蓋材料形 狀變形的力。上述變形導致柔性材料變形，形成透鏡形狀。然后成形 的透鏡將改變通過透鏡的光的焦距?？烧{(diào)透鏡例如可用于自動調(diào)焦或 變焦透鏡應用中。
本發(fā)明涉及用于制備透鏡組件的過程，其包括(從底部以及向上 看)支撐玻璃、隔離材料、柔性材料(聚合物)、具有"浮動"在柔
性材料上的執(zhí)行器(例如壓電執(zhí)行器)盤的蓋玻片。參見圖1和圖2 的示意圖。
相關透鏡組件的重要方面是由其構建透鏡的單獨結(jié)構的物理尺寸 以及透鏡元件的整個物理尺寸的幾何尺寸。在上述透鏡的配置中，柔 性材料的厚度和可成形覆蓋材料的厚度有利于可調(diào)透鏡元件的功能。 為了使得致動力盡可能低(以及從而使得施加到壓電晶體上的電壓盡 可能低)，優(yōu)選保持覆蓋材料厚度到盡可能低的孔徑比。將交替使用 真正的光學厚度，以便容易處理、控制透鏡表面曲率的質(zhì)量以及低的 驅(qū)動力。例如對于1毫米的孔而言，適于透鏡元件的幾何尺寸的示例 可以是蓋玻片厚度為5-50微米以及聚合物厚度為0.1到2毫米。支撐 玻璃的厚度對于透鏡組件的功能而言不是關鍵的。但是，機械穩(wěn)定性 是一個設計參數(shù)。在透鏡組件實施例的一個示例中，厚度在大約200 微米或更高。
由于可調(diào)透鏡包括執(zhí)行器，電信號必須從電壓供應/控制單元帶 到一個或多個執(zhí)行器元件(如果執(zhí)行器包括多個單獨的執(zhí)行器元件)。 在切單(Singulation )之后通過在每一透鏡元件的外部上提供電極實現(xiàn) 上述，或者電極可整合到每一單獨的透鏡元件內(nèi)。后者是優(yōu)選的，并 且如果可調(diào)透鏡元件與其它透鏡系統(tǒng)和/或成像傳感器的晶片級整
合，那么后者是不可避免的。
在透鏡組合件的一個示例性實施例中，在支撐基材的一部分上設 置用于執(zhí)行器的驅(qū)動電子元件和/或控制電子元件。在該示例性實施 例中，通過使得傳導元件與將來自支撐物與整合到支撐物內(nèi)的電子元 件的信號帶到蓋玻片，提供接觸上述執(zhí)行器元件或經(jīng)由粘合構成玻璃 島狀物的執(zhí)行器元件的可能性來提供信號。
來自浮動島狀物盤上的執(zhí)行器的電極例如通過將其整合到蓋玻片 而導引到透鏡元件的邊緣，產(chǎn)生到達可成形盤狀島狀物的電極橋，或者可以在對蓋玻片/執(zhí)行器蝕刻后的一段時間以單獨的步驟制備它 們。
下面將描述本發(fā)明實施例的幾個示例。以下 一 些示例性實施例不 是用于限定本發(fā)明的范圍，而僅僅是實施例的示例'可以對步驟的任 意順序進行互換或與其它步驟結(jié)合。
實施例A
本發(fā)明的示例性實施例包括下述步驟
1. 通過幾種可能技術(涂膠、剝離(lift-off)、沉積、選擇性蝕 刻、生長等)之一將隔離元件(例如，玻璃珠，聚合物珠，纖維，由 金屬(金、硅等)制成的固體元件)制備到支撐基材/玻璃上。
2. 將液體狀的預聚物旋涂、噴灑、散涂或類似手段設置到具有隔 離物的支撐玻璃上。
3. 然后將具有預組裝執(zhí)行器的連續(xù)蓋玻片通過倒裝法組裝到支撐 玻璃/隔離物/聚合物基材上，并且利用幾種可能的已知粘合技術(陽 極化、涂膠等)之一進行粘合。
4. 對具有執(zhí)行器的蓋玻片進行掩膜和選擇性蝕刻，以便形成可調(diào) 透鏡的"浮動"活性盤。
5. 形成適于執(zhí)行器的電接觸。
6. 在晶片上形成若干透鏡的情況下，通過以柵格圖案切割整個晶 片最終形成單獨元件，這樣在切割之后在柵格圖案的角部中剩下隔離 元件的部分。
關于步驟3和4，下述為實現(xiàn)步驟3和4效果的優(yōu)選方案，即通過 制備包括若干等同于由蝕刻提供的孔的蓋玻片，并且相應地提供構成 執(zhí)行器元件的預先制備的玻璃盤，然后將玻璃島狀物定位在浮動于聚 合物頂部上的孔洞的開口內(nèi)。
該示例性實施例的優(yōu)勢在于1)有利于容易地實現(xiàn)晶片級處理步 驟；2)可以形成小型的可調(diào)透鏡(透鏡元件的寬度可以小到孔徑的2 -3倍)；3)由于存在固定的隔離元件，透鏡元件具有良好的機械穩(wěn) 定性。
材料選擇的示例
下述是根據(jù)示例A中的方法可以選擇的材料和過程的示例。 根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，多晶硅沉積到300微米厚的支到所需的隔離物厚度(例如，500微米)。 抗蝕聚合物旋涂到多晶硅上，并且通過掩膜選擇性地進行UV固化。將 剩余的抗蝕劑清洗掉，并且例如通過干蝕刻技術去除硅，以便形成隔 離元件。在對柔性聚合物進行沉積和固化以后，將具有壓電執(zhí)行器的 蓋玻片組裝到隔離元件上，并且粘合或膠合在一起。在切單之前的最 終步驟是對蓋玻片進行蝕刻，上述形成在柔性聚合物膜上浮動的可成 形盤。
實施例B
本發(fā)明的另一示例性實施例包括如上述方法A中所述的步驟，但 是還包括在將蓋玻片安裝到支撐/隔離基材上之后，延遲應用聚合物 材料的步驟。實施例B的優(yōu)勢在于關于有機或無機聚合物的受限加工 溫度可通過延遲將這些材料應用到透鏡元件內(nèi)而忽略。另 一優(yōu)勢是避 免由聚合物污染粘合表面，并且可大大地簡化上述過程的粘合步驟。
實施例C
本發(fā)明的另一示例性實施例包括如方法A和B中所述的步驟，但 是在具有執(zhí)行器的蓋玻片基材上形成隔離元件。隔離元件應該具有一 些連續(xù)或不連續(xù)的配置，以便為非常薄的蓋玻片提供機械穩(wěn)定性。完 成上述的一個優(yōu)選方式是將驅(qū)動壓電晶體制備到玻璃薄膜(粘合到硅 晶片上)上。在壓電沉積之前或之后，根據(jù)所需的方式對背側(cè)上的硅 進行掩膜，并且通過已知技術之一進行蝕刻以便形成隔離元件。然后 將該具有隔離元件的執(zhí)行器/蓋玻片粘合到支撐玻璃，并且及時在任 意位置處引入聚合物材料，如上述實施例A和B所述的那樣。
實施例D
本發(fā)明的另一示例性實施例包括如方法A和B中所述的步驟，但 是包括為任意傳導材料的另外的隔離材料。產(chǎn)生作用到頂部蓋玻片上 的力的執(zhí)行器必須通過電極連接到外部電源和控制系統(tǒng)。通過結(jié)合隔 離材料，提供非常緊湊的可調(diào)透鏡，其中由于蓋玻片中的通孔以及支 撐玻璃上的通孔或電極，上述隔離材料(例如，金屬，硅，傳導性聚 合物，膠或復合材料)是傳導性的。
當執(zhí)行器設置成若干單獨的執(zhí)行器元件時，隔離元件包括若干導 體以及通過通孔位于連續(xù)蓋玻片頂部上的若干接腳(Contactpad)。
實施例E本發(fā)明另的一示例性實施例包括如示例A， B或C所述的方法步 驟，包括如圖3示意示出的進一步設置整合的保護性蓋玻片。 實施例F
另一示例性實施例包括下述方法步驟，其中形成聚合物，這樣聚 合物不覆蓋整個組件，而是取而代之的，聚合物設置成適于加工中每 一透鏡元件的單獨元件。可以任意現(xiàn)有技術工藝制備聚合物材料，諸 如印刷、沉積、散涂、旋涂或類似手段。此外，聚合物元件可施加到 包括執(zhí)行器元件的蓋玻片上，或施加到支撐基材上。
實施例G
本發(fā)明的另 一示例性實施例包括下述方法步驟，其中例如在組裝 蓋玻片元件之前或之后通過局部蝕刻聚合物而局部去除聚合物，形成 如圖6所示的透鏡元件結(jié)構。根據(jù)本發(fā)明方法的該示例的優(yōu)勢在于減 輕執(zhí)行器元件的變形，提供對低電壓的需求。
實施例H
本發(fā)明的另一示例性實施例包括如示例D中的步驟，但是包括提 供為連續(xù)壁的隔離材料的另外的方法步驟。這有利于形成包括驅(qū)動元 件和柔性材料密封的隔室。該示例性實施例擴展了適于柔性元件的可 應用材料的范圍，因為柔性材料可以包括凝膠或包含具有一定揮發(fā)性 的液體的高度粘性聚合物。
實施例I
本發(fā)明的另一示例性實施例包括下述方法步驟，其中支撐玻璃由 硅上具有玻璃的基材代替，其中在硅基材中提供定位光路的開孔。圖7 是示意圖。該實施例的優(yōu)勢是有利于獲得產(chǎn)生電接觸的通孔，同時雖 然玻璃本身的厚度小，但是仍保持良好的機械穩(wěn)定性。
在本發(fā)明實施例的該示例中，用于驅(qū)動和控制執(zhí)行器的驅(qū)動電子 件和控制邏輯可提供成沉積到基材的硅部分上的整合電路，或者為硅 材料的整體部分，如本領域內(nèi)技術人員公知的那樣。
權利要求
1.用于制備可調(diào)透鏡組件的方法，其中所述方法包括下述步驟以預定柵格圖案在透明支撐物上形成若干隔離構件；通過旋壓成形將預聚物施加到包括隔離構件的透明支撐物上；將連續(xù)蓋玻片與所施加預聚物頂部上的預組裝執(zhí)行器附連；對封住蓋玻片頂部上執(zhí)行器的圓形部件進行掩膜，然后進行蝕刻，在預聚物頂部上提供浮動的活性盤，其包括蓋玻片的圓形部分，該部分具有在圓形蓋玻片部分周邊內(nèi)的執(zhí)行器；以及形成適于執(zhí)行器的電接觸。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中可調(diào)透鏡組件是在晶片上制 備的若干透鏡組件的一部分，進一步包括切割晶片的步驟，通過沿著 由柵格圖案提供的方向切割整個晶片而提供單獨的可調(diào)透鏡組件，其 中隔離構件通過切割進行分開，這樣在切單之后每個隔離構件的一部 分剩留在透鏡組件的每一模型內(nèi)。
3. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中連續(xù)的蓋玻片設有與待制備 的每一透鏡組件相關的若干開孔，并且其中構成執(zhí)行器的若干玻璃盤 組裝成在連續(xù)蓋玻片中的若干開孔的每個開孔內(nèi)部的預聚物頂部上浮動。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中附連連續(xù)蓋玻片的步驟在施 加預聚物步驟之前預先執(zhí)行。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過下述形成隔離元件，即 首先將連續(xù)玻璃覆蓋物粘合到硅基材上，然后在限定隔離元件形狀的 硅基材上施加掩膜，然后進行蝕刻以由硅基材提供隔離構件。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在對硅基材進行蝕刻以形成 隔離構件之前，在粘合到硅基材的連續(xù)蓋玻片上形成執(zhí)行器。
7. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中隔離構件在連續(xù)蓋玻片中設 有導電材料和通孔，以便提供用于將電極連接到執(zhí)行器的接腳。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中當執(zhí)行器由若干執(zhí)行器元件 制成時，隔離構件包括若干導體。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中透鏡組件設置有附加的保護 性玻璃組件。
10. 根據(jù)權利要求1和2所述的方法，其中將預聚物設置成在晶片上每一透鏡組件中心處的預聚物沉積物。
11. 根據(jù)權利要求1和2所述的方法，其中將預聚物設置成在連 續(xù)蓋玻片上的每一透鏡組件中心處的預聚物沉積物。
12. 根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其中通過印刷、沉積、 散涂、旋涂或類似技術形成預聚物沉積物。
13. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在沉積之后部分去除預聚物。
14. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中隔離構件設置成圍繞每一 透鏡組件周邊的連續(xù)壁。
15. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中由硅基材上玻璃提供透明 支撐物，其中在硅基材中設置開孔，以便允許光通過透鏡組件。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中透明支撐物的硅部分包括 分別驅(qū)動和控制每一透鏡組件的執(zhí)行器的若干電子件。
全文摘要
本發(fā)明提供用于在晶片上制備可調(diào)透鏡組件的方法步驟。上述方法步驟使得制備這種透鏡容易，使得組件的成本最小化，同時提供適于大批量生產(chǎn)適用于移動電話等中的小型可調(diào)透鏡的方案。
文檔編號G02B3/14GK101606086SQ200780037696
公開日2009年12月16日 申請日期2007年10月5日 優(yōu)先權日2006年10月11日
發(fā)明者J·H·尤爾森索恩, L·亨里克森, M·埃利亞森, V·卡塔肖夫 申請人:珀萊特公司