TWI421612B - 光學變焦系統 - Google Patents

Description

光學變焦系統

本發明是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種光學變焦系統。

隨著電子產品的模組微型化與低價化之趨勢，晶圓級模組(Wafer Level Module，WLM)技術之出現備受關注。晶圓級模組的技術主要是可將電子產品利用晶圓級的製造技術，而將電子產品的體積微型化並降低成本。其中，晶圓級模組的技術也可以是應用於製作光學變焦系統上，而使得光學變焦系統在體積上遠較傳統的光學變焦系統得以獲得縮減，進而可應用在如手機上的相機模組上。

圖1為習知一種光學變焦系統的示意圖。請參考圖1，光學變焦系統100包括一光感測器110、一光學透鏡120以及一對焦馬達130。對焦馬達130位於光感測器110上，而光學鏡頭120位於對焦馬達130之中，且對焦馬達130適於控制光學鏡頭120的相對位移，以靠近或遠離光感測器110。

在光學變焦系統100，光學透鏡120包括二透光基板122及多個位於這些透鏡基板122上的透鏡124，而對焦馬達130包括一伸縮結構132，其中此伸縮結構132與光學透鏡120嵌合，且伸縮結構132在被變焦馬達130驅動後適於控制光學透鏡120靠近或遠離光感測器110。

由於光學鏡頭120是位於對焦馬達130之中，且對焦馬達130係透過伸縮結構132與光學鏡頭120嵌合，以控制光學鏡頭120靠近或遠離光感測器110的作動，然而採用如此結構，將使得光學變焦系統100整體的體積無法有效地獲得降低，而較難達到體積微型化的目的。

有鑑於此，本發明提供一種光學變焦系統，其可有效降低整體體積。

本發明提出一種光學變焦系統，包括一光感測器、一晶圓級光學鏡頭模組以及一對焦馬達。晶圓級光學鏡頭模組位於光感測器上，且晶圓級光學鏡頭模組包括至少一透光基板及至少一透鏡，其中至少一透鏡配置於該至少一透光基板上。對焦馬達位於晶圓級光學鏡頭模組與光感測器之間，並移動晶圓級光學鏡頭模組，使晶圓級光學鏡頭模組遠離或靠近光感測器。

在本發明之一實施例中，至少一透光基板為多個透光基板時，晶圓級光學鏡頭模組更包括至少一間隙層，每一間隙層配置於多個透光基板之間。

在本發明之一實施例中，間隙層的材質為一遮光材質。

在本發明之一實施例中，至少一透鏡為凸透鏡或凹透鏡。

在本發明之一實施例中，對焦馬達包括一伸縮結構，其中伸縮結構與晶圓級光學鏡頭模組連接，並移動晶圓級光學鏡頭模組，使晶圓級光學鏡頭模組遠離或靠近光感測器。在本發明之一實施例中，伸縮結構包括一螺紋結構。

本發明另提出一種光學變焦系統，包括一光感測器、一第一晶圓級光學鏡頭模組、一第二晶圓級光學鏡頭模組以及一對焦馬達。第一晶圓級光學鏡頭模組配置於光感測器上，且第一晶圓級光學鏡頭模組包括一第一透光基板及一第一透鏡，其中第一透鏡配置於第一透光基板上。第二晶圓級光學鏡頭模組位於第一晶圓級光學鏡頭模組上，並與第一晶圓級光學鏡頭模組保持一間距。第二晶圓級光學鏡頭模組包括一第二透光基板及一第二透鏡，其中第二透鏡配置於第二透光基板上。對焦馬達位於第一晶圓級光學鏡頭模組與第二晶圓級光學鏡頭模組之間，並移動第一晶圓級光學鏡頭模組或第二晶圓級光學鏡頭模組，以控制間距。

在本發明之一實施例中，光學變焦系統更包括至少一間隙層，配置於第一透光基板與光感測器之間、第一透光基板與對焦馬達之間或第二透光基板與對焦馬達之間。在本發明之一實施例中，至少一間隙層的材質為一遮光材質。

在本發明之一實施例中，至少一第一透鏡與至少一第二透鏡包括一凸透鏡或一凹透鏡。

在本發明之一實施例中，對焦馬達包括一伸縮結構，其中伸縮結構與第一晶圓級光學鏡頭模組或第二晶圓級光學鏡頭模組連接，以移動第一晶圓級光學鏡頭模組或第二晶圓級光學鏡頭模組而控制間距。在本發明之一實施例中，伸縮結構包括一螺紋結構。

在本發明之一實施例中，上述的對焦馬達可為一步進馬達。

在本發明之一實施例中，光感測器為一互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器或一電荷耦合元件(charge coupled devices,CCDs)。

基於上述，本發明之光學變焦系統可透過將對焦馬達配置於晶圓級光學鏡頭模組與光感測器之間或是晶圓級光學鏡頭模組與晶圓級光學鏡頭模組之間，使對焦馬達的尺寸為了配合晶圓級光學鏡頭模組的尺寸而相對縮小，從而可縮小光學變焦系統的整體體積。另外，由於對焦馬達是配置於晶圓級光學鏡頭模組與光感測器之間或晶圓級光學鏡頭模組與晶圓級光學鏡頭模組之間，因此，在進行成像時，可使光學變焦系統具有變焦與對焦的功能，並使影像光線可較佳地成像於光感測器上。換言之，本發明之光學變焦系統除了具有較小的整體體積外，其同樣具有較佳的光學成像品質。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2為本發明一實施例之光學變焦系統的示意圖。請參考圖2，本實施例之光學變焦系統200，包括一光感測器210、一晶圓級光學鏡頭模組220以及一對焦馬達230。在本實施例中，光感測器210可以是一互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器或一電荷耦合元件(charge coupled devices,CCDs)，其中光感測器210可包括有一覆蓋玻璃(cover glass)212、一光感測元件基板214與多個錫球216。覆蓋玻璃212覆蓋光感測元件基板214，而錫球216與光感測元件基板214電性連接。

晶圓級光學鏡頭模組220位於光感測器210上，且晶圓級光學鏡頭模組220包括至少一透光基板222及至少一透鏡224，其中至少一透鏡224配置於至少一透光基板222上，如圖2所示。在本實施例中，晶圓級光學鏡頭模組220是以圖2所繪示的多個透光基板222作為舉例說明，但並不限於此，在另一實施例中，透光基板222的數量也可以是單數個。

另外，這些透光基板222之間可配置有如圖2所繪示的間隙層226，其中間隙層226可使這些透光基板222之間保持空隙，且配置於這些透光基板222上的部分透鏡224可位於空隙中。此外，間隙層226的厚度可搭配透鏡224的焦距或晶圓級光學鏡頭模組220本身所需的焦距而定。在本實施例中，間隙層226的材質可以是採用遮光材質，其中遮光材料係指不易透光的材質，如黑色膠質。而當間隙層226是採用不易透光的材質時，則可避免雜散光進入透鏡224的機會，而可降低透過透鏡224的影像光的雜訊，從而提高晶圓級光學鏡頭模組220本身成像的訊雜比(signal-to-noise ratio,SNR)與成像品質。

在本實施例中，上述的透鏡224可採用如圖2所示的凸透鏡，且配置於透光基板222上的凸透鏡其凸面為遠離其所配置的透光基板222的方向。然而，在其他未繪示的實施例中，透鏡222也可採用凹透鏡的設計，此部分端視使用者的需求與設計而定。另外，透光基板222與位於其上的透鏡224可以是一體成型，即可利用如鑄模或其他特殊模具來完成其一體成型的製作。又或者，透光基板222與透鏡224可以是各自成型，即可於透光基板222上形成上述的透鏡224。本實施例是以各自成型的方式將透鏡224製作於透光基板222，但不限於此。

在製作實務上，各自形成透鏡224於透光基板222後即可形成一種透鏡基板(lens substrate)，而後於各透鏡基板之間配置有前述的間隙層226，並將多個透鏡基板組立後，則可形成如圖2所繪示的晶圓級光學鏡頭模組220。需要說明的是，所謂『晶圓級』代表的意思是將電子產品利用晶圓級的製造技術，而將電子產品的體積微型化以降低成本。

另外，對焦馬達230位於晶圓級光學鏡頭模組220與光感測器210之間，且對焦馬達230會驅動晶圓級光學鏡頭模組220產生位移，使晶圓級光學鏡頭模組220遠離或靠近光感測器210，如圖2所示。在本實施例中，對焦馬達230例如是一步進馬達，且對焦馬達230包括一伸縮結構232，其中此伸縮結構232與晶圓級光學鏡頭模組220連接，並用以移動晶圓級光學鏡頭模組220，而使晶圓級光學鏡頭模組220遠離或靠近光感測器210。詳細而言，伸縮結構232可以是一螺紋結構，其中此螺紋結構會與晶圓級光學鏡頭模組220嵌合，而當對焦馬達230驅動此螺紋結構時，便可帶動晶圓級光學鏡頭模組220進行移動，而使晶圓級光學鏡頭模組220遠離或靠近光感測器210，進而使來自外部的影像光束在通過晶圓級光學鏡頭模組220後可對焦於光感測器210。因此，透過適當地控制伸縮結構232來控制晶圓級光學鏡頭模組220的伸縮距離，可使通過晶圓級光學鏡頭模組220後的影像光束可較佳地成像於光感測器210上。

在本實施例中，對焦馬達230是位於晶圓級光學鏡頭模組220與光感測器210之間，並與晶圓級光學鏡頭模組220連接，因此，對焦馬達230本身的尺寸便需配合晶圓級光學鏡頭模組220的大小而縮小。換言之，對比配置於光學鏡頭外部並嵌合光學鏡頭以控制其作動的馬達，本實施例之對焦馬達230本身的尺寸因相對地獲得縮小，因此採用此對焦馬達230的光學變焦系統200其整體的體積亦可獲得縮減。

基於上述結構，本實施例之光學變焦系統200其採用不易透光的材質作為間隙層226，而可提升光學變焦系統200的成像品質。另外，透過將對焦馬達230配置於晶圓級光學鏡頭模組220與光感測器210之間，以使對焦馬達230的尺寸為了配合晶圓級光學鏡頭模組220的尺寸而相對縮小，從而可縮小光學變焦系統200的整體體積。換言之，相較於習知之光學變焦系統是將變焦馬達配置於晶圓級光學鏡頭模組的外部並控制晶圓級光學鏡頭模組的移動方向，以使晶圓級光學鏡頭模組對焦於光感測器，本實施例之光學變焦系統200具有較小的整體體積。

圖3為本發明另一實施例之光學變焦系統的示意圖。請參考圖3，本實施例之光學變焦系統300包括一光感測器310、一第一晶圓級光學鏡頭模組320、一第二晶圓級光學鏡頭模組330以及一對焦馬達340。在本實施例中，光感測器310可以是一互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器或一電荷耦合元件(charge coupled devices,CCDs)，其中光感測器310可包括有一覆蓋玻璃(cover glass)312、一光感測元件基板314與多個錫球316。覆蓋玻璃312覆蓋光感測元件基板314，而錫球316與光感測元件基板314電性連接。

第一晶圓級光學鏡頭模組320配置於光感測器310上，且第一晶圓級光學鏡頭模組320包括一第一透光基板322及一第一透鏡324，其中第一透鏡324配置於第一透光基板322上，如圖3所示。在本實施例中，第一晶圓級光學鏡頭模組320是以圖3所繪示的一個第一透光基板322作為舉例說明，但並不限於此。在另一實施例中，第一透光基板322的數量也可以是採用多數個，即第一晶圓級光學鏡頭模組320也可以是採用如圖2所繪示的晶圓級光學鏡頭模組220。

另外，第一透光基板322上可配置有如圖3所繪示的第一間隙層326，其中第一間隙層326可使第一透光基板322與光感測器310之間以及第一透光基板322與對焦馬達340之間保持空隙，且配置於第一透光基板322上的第一透鏡324可位於空隙中。此外，第一間隙層326的厚度可搭配第一透鏡324所需的焦距而定。在本實施例中，第一間隙層326的材質可採用遮光材質，其中遮光材料係指不易透光的材質，如黑色膠質。而當第一間隙層326是採用不易透光的材質時，則可避免雜散光進入第一透鏡324的機會，而可降低透過第一透鏡324的影像光的雜訊，從而提高第一晶圓級光學鏡頭模組320本身成像的訊雜比(signal-to-noise ratio,SNR)與成像品質。

在本實施例中，第一透鏡324可採用如圖3所示的凸透鏡，且配置於第一透光基板322上的凸透鏡其凸面為朝向遠離第一透光基板322的方向。然而，在其他未繪示的實施例中，第一透鏡324也可採用凹透鏡的設計，此部分端視使用者的需求與設計而定。另外，第一透光基板322與位於其上的第一透鏡324可以是一體成型，即可利用如鑄模或其他特殊模具來完成其一體成型的製作。又或者，第一透光基板322與第一透鏡324可以是各自成型，即可於第一透光基板322上形成上述的第一透鏡324。本實施例是以各自成型的方式將第一透鏡324製作於第一透光基板322，但不限於此。

第二晶圓級光學鏡頭模組330位於第一晶圓級光學鏡頭模組320上，並與第一晶圓級光學鏡頭模組320保持一間距H1，如圖3所示。第二晶圓級光學鏡頭模組330包括一第二透光基板332及一第二透鏡334，其中第二透鏡334配置於第二透光基板332上。同樣地，第二晶圓級光學鏡頭模組330是以圖3所繪示的一個第二透光基板332作為舉例說明，但並不限於此。在另一實施例中，第二透光基板332的數量也可以是採用多數個，即第二晶圓級光學鏡頭模組330也可以是採用如圖2所繪示的晶圓級光學鏡頭模組220。

另外，第二透光基板332上可配置有如圖3所繪示的第二間隙層336，其中第二間隙層336的厚度可搭配第二透鏡334所需的焦距而定。在本實施例中，第二間隙層336的材質可採用遮光材質，其中遮光材料係指不易透光的材質，如黑色膠質。而當第二間隙層336是採用不易透光的材質時，同樣地可避免雜散光進入第二透鏡334的機會，而可降低透過第二透鏡334的影像光的雜訊，從而提高第二晶圓級光學鏡頭模組330本身成像的訊雜比(signal-to-noise ratio,SNR)與成像品質。

同樣地，本實施例之第二透鏡334係以如圖3所示的凸透鏡為舉例，且配置於第二透光基板332上的凸透鏡其凸面為朝向遠離第二透光基板332的方向。然而，在其他未繪示的實施例中，第二透鏡334也可採用凹透鏡的設計，此部分端視使用者的需求與設計而定。另外，第二透光基板332與位於其上的第二透鏡334可以是一體成型，即可利用如鑄模或其他特殊模具來完成其一體成型的製作。又或者，第二透光基板332與第一透鏡334可以是各自成型，即可於第二透光基板332上形成上述的第二透鏡334。本實施例是以各自成型的方式將第二透鏡334製作於第二透光基板332，但不限於此。

對焦馬達340位於第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330之間，並移動第一晶圓級光學鏡頭模組320或第二晶圓級光學鏡頭模組330，以控制間距H1。在本實施例中，對焦馬達340例如是一步進馬達，且對焦馬達340包括一伸縮結構342，其中此伸縮結構342在對焦馬達340的驅動下，其可伸長或縮短，如此一來，第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330之間所保持的間距H1便可被伸縮結構342所控制。意即，伸縮結構342被對焦馬達340所驅動而拉長時，第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330之間的間距H1便會增加，而當伸縮結構342被對焦馬達340所驅動而縮短時，第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330之間的間距H1便會減少。因此，透過適當地控制伸縮結構342的伸長與縮短來控制第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組332的的間距H1，便可使通過第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組332後的影像光束可較佳地成像於光感測器310上。

承上述，本實施例之光學變焦系統300與前述的光學變焦系統200結構相似，惟二者不同處在於，光學變焦系統300係將對焦馬達340設置於第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330之間，並透過移動第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330的相對位移，以控制第一晶圓級光學鏡頭模組320與第二晶圓級光學鏡頭模組330的間距H1，而可達到光學變焦的目的。

由於光學變焦系統300與前述的光學變焦系統200結構相似，因此，本實施例之光學變焦系統300同樣地具有光學變焦系統200所提及的優點。

綜上所述，本發明之光學變焦系統可透過採用不易透光的材質作為間隙層，而可提升光學變焦系統的成像品質。另外，透過將對焦馬達配置於晶圓級光學鏡頭模組與光感測器之間或是晶圓級光學鏡頭模組與晶圓級光學鏡頭模組之間，使對焦馬達的尺寸為了配合晶圓級光學鏡頭模組的尺寸而相對縮小，從而可縮小光學變焦系統的整體體積。此外，由於對焦馬達是配置於晶圓級光學鏡頭模組與光感測器之間或晶圓級光學鏡頭模組與晶圓級光學鏡頭模組之間，因此，在進行成像時，可使光學變焦系統具有變焦與對焦的功能，並使影像光線可較佳地成像於光感測器上。

換言之，本發明之光學變焦系統除了具有較小的整體體積外，其同樣具有較佳的光學成像品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300．．．光學變焦系統

110、210．．．光感測器

120．．．光學透鏡

130、230、340．．．對焦馬達

122、222．．．透光基板

124、224．．．透鏡

132．．．伸縮結構

220．．．晶圓級光學鏡頭模組

212、312．．．覆蓋玻璃

214、314．．．光感測元件基板

216、316．．．錫球

226．．．間隙層

232．．．伸縮結構

320．．．第一晶圓級光學鏡頭模組

322．．．第一透光基板

324．．．第一透鏡

326．．．第一間隙層

330．．．第二晶圓級光學鏡頭模組

332．．．第二透光基板

334．．．第二透鏡

336．．．第二間隙層

H1．．．間距

圖1為習知一種光學變焦系統的示意圖。

圖2為本發明一實施例之光學變焦系統的示意圖。

圖3為本發明另一實施例之光學變焦系統的示意圖。

200．．．光學變焦系統

210．．．光感測器

230．．．對焦馬達

222．．．透光基板

224．．．透鏡

220．．．晶圓級光學鏡頭模組

212．．．覆蓋玻璃

214．．．光感測元件基板

216．．．錫球

226．．．間隙層

232．．．伸縮結構

Claims (16)

1. 一種光學變焦系統，包括：一光感測器；一晶圓級光學鏡頭模組，位於該光感測器上，該晶圓級光學鏡頭模組包括至少一透光基板及至少一透鏡，其中該至少一透鏡配置於該至少一透光基板上；以及一對焦馬達，位於該晶圓級光學鏡頭模組與該光感測器之間，並驅動該晶圓級光學鏡頭模組產生位移，使該晶圓級光學鏡頭模組遠離或靠近該光感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學變焦系統，其中該至少一透光基板為多個透光基板時，該晶圓級光學鏡頭模組更包括至少一間隙層，每一該至少一間隙層配置於該些透光基板之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學變焦系統，其中該間隙層的材質為一遮光材質。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學變焦系統，其中該至少一透鏡為凸透鏡或凹透鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學變焦系統，其中該對焦馬達包括一伸縮結構，其中該伸縮結構與該晶圓級光學鏡頭模組連接，並驅動該晶圓級光學鏡頭模組產生位移，使該晶圓級光學鏡頭模組遠離或靠近該光感測器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學變焦系統，其中該伸縮結構包括一螺紋結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學變焦系統，其中該對焦馬達為一步進馬達。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學變焦系統，其中該光感測器為一互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器或一電荷耦合元件(charge coupled devices,CCDs)。
9. 一種光學變焦系統，包括：一光感測器；一第一晶圓級光學鏡頭模組，配置於該光感測器上，該第一晶圓級光學鏡頭模組包括一第一透光基板及一第一透鏡，其中該第一透鏡配置於該第一透光基板上；一第二晶圓級光學鏡頭模組，位於該第一晶圓級光學鏡頭模組上，並與該第一晶圓級光學鏡頭模組保持一間距，該第二晶圓級光學鏡頭模組包括一第二透光基板及一第二透鏡，其中該第二透鏡配置於該第二透光基板上；以及一對焦馬達，位於該第一晶圓級光學鏡頭模組與該第二晶圓級光學鏡頭模組之間，並驅動該第一晶圓級光學鏡頭模組或該第二晶圓級光學鏡頭模組產生位移，以控制該間距。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學變焦系統，更包括至少一間隙層，配置於該第一透光基板與該光感測器之間、該第一透光基板與該對焦馬達之間或該第二透光基板與該對焦馬達之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學變焦系統，其中該至少一間隙層的材質為一遮光材質。
12. 如申請專利範圍第9項所述之光學變焦系統，其中該至少一第一透鏡與該至少一第二透鏡包括一凸透鏡或一凹透鏡。
13. 如申請專利範圍第9項所述之光學變焦系統，其中該對焦馬達包括一伸縮結構，其中該伸縮結構與該第一晶圓級光學鏡頭模組或該第二晶圓級光學鏡頭模組連接，並分別移動該第一晶圓級光學鏡頭模組或該第二晶圓級光學鏡頭模組而控制該間距。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學變焦系統，其中該伸縮結構包括一螺紋結構。
15. 如申請專利範圍第9項所述之光學變焦系統，其中該對焦馬達為一步進馬達。
16. 如申請專利範圍第9項所述之光學變焦系統，其中該光感測器為一互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)感測器或一電荷耦合元件(charge coupled devices,CCDs)。