一種非球面透鏡的製作方法
2023-10-08 17:39:14 3
專利名稱：一種非球面透鏡的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學元件，尤其涉及一種非球面透鏡。
背景技術：
非球面透鏡是一種常用光學元件，廣泛應用在攝影機、照相機、數位相機鏡頭。
非球面透鏡用於鏡頭的光學系統中，可以大幅度提高大光圈時的成像品質，減小廣角鏡頭的邊角變形，而且，一片非球面透鏡可以替代數片球面透鏡補償像差，能夠非常明顯的簡化鏡頭的光學設計，減小其高度、面積、體積和重量。
一般相機的非球面鏡頭是由多個非球面透鏡組組成，每一個透鏡組一般由兩個非球面透鏡組成，兩個非球面透鏡之間有一空隙，通過調節該空隙可調節該透鏡組的成像像差。
然而，上述非球面透鏡組的特性都是由幾何光學決定，像差消除效果仍不理想；另外，上述非球面鏡頭高度、面積、體積和重量仍然較大。
因此，提供一種像差更小、更有利於減小其所組成的光學系統高度、面積、體積和重量的非球面透鏡實為必要。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種像差小、有利於減小其所組成的光學系統高度、面積、體積和重量的非球面透鏡。
本實用新型揭示一種非球面透鏡，其包括非球面曲面的第一表面和與其相對的第二表面，一光柵形成於第二表面上。
與現有技術相比較，本實用新型具有下列優點由於光柵形成於非球面透鏡的一面，利用光柵調節相位，可進一步減小非球面透鏡的像差；而且一個帶光柵的非球面透鏡可替代一個普通非球面透鏡組，因而能顯著減小非球面透鏡所組成的光學系統的高度、面積、體積和重量。
圖1是提供一非球面透鏡的步驟示意圖。
圖2是第一次光刻中提供一光罩板的步驟示意圖。
圖3是第一次光刻中塗覆光阻劑層的步驟示意圖。
圖4是第一次光刻中曝光的步驟示意圖。
圖5是第一次光刻中顯影的步驟示意圖。
圖6是第一次光刻中蝕刻的步驟示意圖。
圖7是第一次光刻後所得的產品示意圖。
圖8是第二次光刻中提供一光罩板的步驟示意圖。
圖9是第二次光刻中塗覆光阻劑層的步驟示意圖。
圖10是第二次光刻中曝光的步驟示意圖。
圖11是第二次光刻中顯影的步驟示意圖。
圖12是第二次光刻中蝕刻的步驟示意圖。
圖13是本實用新型第一實施例的非球面透鏡示意圖。
圖14是第二實施例中第二次提供一光罩板的步驟示意圖。
圖15是第二實施例中第二次塗覆光阻劑層的步驟示意圖。
圖16是第二實施例中第二次曝光的步驟示意圖。
圖17是第二實施例中第二次顯影的步驟示意圖。
圖18是第二實施例中第二次蝕刻的步驟示意圖。
圖19是本實用新型第二實施例的非球面透鏡示意圖。
具體實施方式如圖13所示，該圖為本實用新型第一實施例的非球面透鏡10的示意圖。該非球面透鏡10包括非球面曲面的第一表面101和與其相對的第二表面102，一光柵(未標示)形成於該第二表面102。該光柵為一多階梯式光柵，其每一周期102T為一具有多個臺階的階梯，各臺階高度102h相等，各臺階寬度102b相等。
下面結合圖1至圖13介紹本實用新型第一實施例的非球面透鏡的製造方法。
如圖1所示，首先提供一非球面透鏡10，其包括兩表面表面101為非球面曲面；表面102為平整表面。其中表面102可通過機械拋光或化學拋光等方法使其平整度越小越好，以利後續步驟更好地塗覆光阻劑。
如圖2所示，提供一光罩板111，其解析度為100lines/mm。該光罩板111的外輪廓與表面102基本相同，應可恰好覆蓋表面102。該光罩板111可通過化學蝕刻法製作，其記錄二元分布的相位圖案，光罩板不透光部分覆蓋的面積為整個光罩板111面積的一半。
如圖3所示，在非球面透鏡第二表面上塗覆一層光阻劑層121。該光阻劑層121可以為正光阻劑或負光阻劑。
如圖4所示，將光罩板111貼附在光阻劑層121上，再進行曝光。可在曝光機(Aligner)或步進電機(Stepper)上用紫外光曝光，也可直接用電子束書寫機(E-beam writer)進行曝照。
如圖5所示，顯影。用顯影液溶解經曝光後的光阻劑層，當光阻劑為正光阻劑時，經曝光的光阻劑將會溶解；當光阻劑為負光阻劑時，沒被曝光的光阻劑將會溶解。無論正光阻劑還是負光阻劑，曝光與未曝光的光阻劑經顯影液溶解後總會發生不同變化，從而在光阻劑層121上顯影出光罩板111記錄的二元分布的相位圖案，圖上所示為正光阻劑顯影。
如圖6所示，在已顯影的第二表面102上進行光蝕刻。在光阻劑層121被溶解的部位，將非球面透鏡的第二表面102向下蝕刻出凹槽，蝕刻深度根據所需要蝕刻的階梯數決定，可由計算機控制。
如圖7所示，清除去非球面透鏡表面102上剩餘的光阻劑層，可得具有1階光柵表面的非球面透鏡。
如圖8所示，提供另一光罩板，該光罩板112的解析度為光罩板111的二倍。
如圖9至圖12所示，在圖7所得的非球面透鏡的表面102上重複以上塗覆光阻劑層122、曝光、顯影、蝕刻以及清除剩餘光阻劑層等步驟，其中蝕刻深度為第一次蝕刻深度的一半，可製得具有多階梯式光柵表面102的非球面透鏡，如圖13所示。
因此，通過重複上述步驟進行多次光刻，使第一次光罩板解析度為R，下一次光罩板解析度為2R，且每一次蝕刻深度均為前一次蝕刻深度的一半。重複光刻n(n＞0，自然數)次，其中每次使用的光罩的解析度為2n*R，相應得到的光柵為2n+1階光柵，其每一周期的臺階高度小於100奈米。
如圖19所示，該圖為本實用新型第二實施例的非球面透鏡10』的示意圖。該非球面透鏡10』包括非球面曲面的第一表面101』和與其相對的第二表面102』，一光柵(未標示)形成於該第二表面102』。該光柵為一多階梯式光柵，其每一周期102』T為一對稱結構的階梯，該對稱階梯有一共同的最低級臺階，其中一個階梯的多個臺階逐階下降至該最低級臺階，其相對階梯的多個臺階則沿該最低級臺階逐階上升，該階梯的各臺階高度102』h相等，各臺階寬度102』b相等。
下面介紹第二實施例的非球面透鏡的製備方法如圖1至圖7所示，同第一實施例步驟，製備1階光柵的非球面透鏡；然後，如圖14所示，提供一光罩板113』，其解析度為光罩板111』的三倍；再如圖15至第圖18所示，在圖7所得的非球面透鏡的表面102』上重複以上塗覆光阻劑層123』、曝光、顯影、蝕刻以及清除剩餘光阻劑層等步驟，其中蝕刻深度為第一次蝕刻深度的一半，可製得具有多個對稱臺階光柵表面102』的非球面透鏡，如圖19所示。
權利要求1.一種非球面透鏡，包括一第一非球面曲面及與其相對的一第二表面，其特徵在於一光柵形成於第二表面上。
2.如權利要求1所述的非球面透鏡，其特徵在於該光柵包括多個周期，每一周期包括一多個臺階組成的階梯。
3.如權利要求2所述的非球面透鏡，其特徵在於該光柵的每一周期的臺階高度小於100納米。
4.如權利要求2所述的非球面透鏡，其特徵在於該光柵的每一周期包括一對稱結構的階梯。
5.如權利要求2所述的非球面透鏡，其特徵在於該光柵的每一周期的臺階數大於等於2。
專利摘要本實用新型提供一種非球面透鏡。該非球面透鏡包括非球面曲面的第一表面及與其相對的第二表面，一多階梯式光柵形成於第二表面上。本實用新型通過該多階梯式光柵設計，使透鏡像差變為最小。另外，該非球面透鏡可應用於照相物鏡中，其可替代一普通非球面透鏡組，所以大大減少其所組成的光學系統的高度、面積、體積和重量。
文檔編號G02B13/18GK2636264SQ0324736
公開日2004年8月25日 申請日期2003年6月12日 優先權日2003年6月12日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司