DE102015226173A1

DE102015226173A1 - Optical imaging system with a deformable due to electrical and / or magnetic forces lens

Info

Publication number: DE102015226173A1
Application number: DE102015226173.5A
Authority: DE
Inventors: Fabian Utermoehlen; David Gross
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-22
Also published as: IT201600127427A1; FR3045843B1; FR3045843A1

Abstract

Um die Brennweite eines optischen Systems ohne mechanisch bewegliche Teile zu variieren, wird ein eine erste Linse aufweisendes optisches Abbildungssystem vorgeschlagen, wobei die erste Linse aufgrund elektrischer und/oder magnetischer Kräfte verformbar ausgebildet ist.In order to vary the focal length of an optical system without mechanically moving parts, an optical imaging system having a first lens is proposed, wherein the first lens is deformable due to electrical and / or magnetic forces.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Kameras oder andere bildgebende Sensoren mit variierbarem Fokus bekannt. Bei diesen optischen Abbildungssystemen wird die Änderung der Brennweite durch ein mechanisches Verfahren mindestens einer Linse des Systems und im Falle mehrerer Linsen einer damit verbundenen Änderung der Linsenabstände realisiert. Cameras or other variable focus imaging sensors are known in the art. In these optical imaging systems, the change in focal length is realized by a mechanical process of at least one lens of the system and in the case of multiple lenses of an associated change in the lens spacings.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Brennweite eines optischen Abbildungssystems ohne mechanisch bewegliche Teile variiert werden kann.An advantage of the present invention is that the focal length of an optical imaging system can be varied without mechanically moving parts.

Dies wird erreicht mit einem optischen Abbildungssystem sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Linsenwafers und einem Verfahren zur Herstellung von optischen Abbildungssystemen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. This is achieved with an optical imaging system and a method for producing a lens wafer and a method for producing optical imaging systems according to the independent patent claims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das optische Abbildungssystem eine mikromechanische erste Linse zum Brechen von elektromagnetischer Strahlung, die aufgrund elektrischer und/oder magnetischer Kräfte verformbar ausgebildet ist.According to the present invention, the optical imaging system comprises a micromechanical first lens for breaking electromagnetic radiation, which is formed deformable due to electrical and / or magnetic forces.

Unter einem optischen Abbildungssystem ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer optischen Abbildung zu verstehen. Darunter fallen bevorzugterweise Kamerasysteme, bei denen die Brennweite variabel eingestellt werden soll, insbesondere Polymeroptik umfassende Low-cost Kamerasysteme. An optical imaging system is to be understood as an apparatus for generating an optical image. These include preferably camera systems in which the focal length is to be set variably, in particular polymer optics comprising low-cost camera systems.

Eine mikromechanische Linse ist als eine Linse mit Abmessungen von wenigen bis mehreren 100 µm zu verstehen. Die erste Linse ist vorteilhafterweise elastisch ausgebildet, damit sie sich für die Brennweitenänderung verformen kann. Die erste Linse ist erfindungsgemäß in der Lage, in Reaktion auf elektrische oder magnetische Kräfte sich selber zu verformen oder verformt zu werden, sodass sich deren Brennweite sowie die Brennweite des gesamten Abbildungssystems ändern. Insbesondere wird zur Veränderung der Brennweite nicht mechanisch die Position der Linse geändert. Vorteilhafterweise kann zur Brennweitenänderung gänzlich auf mechanisch bewegliche Teile verzichtet werden. Aus diesem Grund erreicht die Erfindung den Vorteil, dass kein Bauraum für mechanisch bewegliche Teile und entsprechende Antriebsmittel, wie bspw. Motoren, verwendet werden muss. So eignet sich das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem insbesondere für Low-cost Kamerasysteme bspw. im Smartphone oder in Systemen, bei denen eine schnelle Fokussierung notwendig ist und/oder wenig Bauraum die Verwendung einer motorgetriebenen Fokussierung nicht erlaubt. A micromechanical lens is to be understood as a lens with dimensions of a few to several 100 μm. The first lens is advantageously elastic so that it can deform for the focal length change. According to the invention, the first lens is capable of deforming itself or being deformed in response to electrical or magnetic forces, so that its focal length and the focal length of the entire imaging system change. In particular, the position of the lens is not changed mechanically to change the focal length. Advantageously, it is possible to dispense entirely with mechanically movable parts for zooming. For this reason, the invention achieves the advantage that no installation space for mechanically movable parts and corresponding drive means, such as, motors, must be used. Thus, the optical imaging system according to the invention is particularly suitable for low-cost camera systems, for example in a smartphone or in systems in which a fast focusing is necessary and / or little space does not allow the use of a motorized focusing.

Vorteilhafterweise weist die erste Linse mindestens ein Polymer, insbesondere einen Fotolack, auf. Insbesondere ist die erste Linse als Polymerlinse ausgebildet und ist somit bevorzugterweise ausschließlich aus mindestens einem, insbesondere genau einem, Polymer gebildet. Dabei fängt die erste Linse elektromagnetische Strahlung ein und bündelt diese durch Brechung. Unter einem Fotolack ist insbesondere ein Lack auf Polymerbasis zu verstehen. Insbesondere sind konvexe und/oder konkave Strukturen im Polymer möglich, wobei vorteilhafterweise diffraktive optische Elemente ein- oder beidseitig im Polymer realisiert sein können.Advantageously, the first lens has at least one polymer, in particular a photoresist. In particular, the first lens is designed as a polymer lens and is therefore preferably formed exclusively from at least one, in particular exactly one, polymer. The first lens captures electromagnetic radiation and focuses it by refraction. A photoresist is to be understood in particular as a polymer-based paint. In particular, convex and / or concave structures in the polymer are possible, advantageously diffractive optical elements can be realized on one or both sides in the polymer.

Das Polymer der ersten Linse ist bevorzugterweise derart ausgebildet, dass es transparent in dem zu detektierenden Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung ist. Ferner bevorzugt weist das Polymer eine hinreichend hohe Brechzahl auf. Vorteilhafterweise ist das Polymer, insbesondere der Fotolack, elektrisch leitfähig ausgebildet. The polymer of the first lens is preferably formed so as to be transparent in the wavelength range of the electromagnetic radiation to be detected. Further preferably, the polymer has a sufficiently high refractive index. Advantageously, the polymer, in particular the photoresist, is designed to be electrically conductive.

Der Einsatz eines Polymers bzw. eines Fotolacks als Linsenmaterial hat den Vorteil, dass das Polymer bzw. der Fotolack mit beliebig gewählten optischen Eigenschaften hinsichtlich spektraler Transmission und Brechzahl erworben werden kann, sodass das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem seinem Einsatzbereich entsprechend in optimaler Weise angepasst hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Polymeren als Linsenmaterial besteht darin, dass aufgrund der geringen Dichte von Polymeren die Linse leichter und kleiner im Gegensatz zu anderen Materialen ausgebildet werden kann. Es kann somit eine minimale Baugröße des optischen Abbildungssystems erreicht werden, sodass dessen Einsatzfähigkeit erhöht wird.The use of a polymer or a photoresist as lens material has the advantage that the polymer or the photoresist can be acquired with arbitrarily selected optical properties with regard to spectral transmission and refractive index, so that the optical imaging system according to the invention can be produced in an optimum manner adapted to its field of application , Another advantage of using polymers as lens material is that due to the low density of polymers, the lens can be made lighter and smaller than other materials. It can thus be achieved a minimum size of the optical imaging system, so that its operational capability is increased.

Ferner umfasst das optische Abbildungssystem ein erstes Trägerelement, auf dem die erste Linse aufgebracht ist. Vorteilhafterweise ist die erste Linse auf dem ersten Trägerelement aufgebracht, vorteilhafterweise starr befestigt. Ferner bevorzugt ist das Polymer der ersten Linse auf das Trägerelement aufgeschleudert oder aufgesprüht, sodass die Herstellung der Linse wesentlich vereinfacht ist.Furthermore, the optical imaging system comprises a first carrier element, on which the first lens is applied. Advantageously, the first lens is applied to the first carrier element, advantageously rigidly attached. Further preferably, the polymer of the first lens is spin-coated or sprayed on the carrier element, so that the production of the lens is substantially simplified.

Insbesondere weist das optische Abbildungssystem ein Detektorelement zum Detektieren der durch die erste Linse gebrochenen, elektromagnetischen Strahlung auf. Insbesondere weist die erste Linse eine dem Detektorelement zugewandte Seite auf, die bevorzugterweise plan ausgebildet ist, sowie eine, insbesondere gekrümmte, dem Detektorelement abgewandte Seite.In particular, the optical imaging system has a detector element for detecting the electromagnetic radiation refracted by the first lens. In particular, the first lens has a side facing the detector element, which is preferably planar, and a, in particular curved, side facing away from the detector element.

Bevorzugterweise ist die erste Linse und/oder das erste Trägerelement derart ausgebildet, dass auf der dem Detektorelement zugewandten Seite der Linse und/oder des ersten Trägerelementes eine Kavität gebildet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das erste Trägerelement eine ringförmige Gestalt auf. Insbesondere ist das erste Trägerelement zylinderförmig, bevorzugterweise als Hohlzylinder, ausgebildet, wobei die Höhe des Zylinders bevorzugterweise kleiner ist als dessen Radius. Ferner weist der Zylinder eine zentrierte, ebenfalls zylinderförmige Ausnehmung auf, die als Durchgangsloch ausgebildet ist. Die Höhe des Durchgangslochs entspricht der Höhe des zylinderförmigen Trägerelementes, während der Radius kleiner ist als der Radius des ersten Trägerelementes. Preferably, the first lens and / or the first carrier element is designed such that on the detector element facing side of the lens and / or the first carrier element, a cavity is formed. In a further advantageous embodiment, the first carrier element has an annular shape. In particular, the first support member is cylindrical, preferably designed as a hollow cylinder, wherein the height of the cylinder is preferably smaller than its radius. Furthermore, the cylinder has a centered, likewise cylindrical recess, which is formed as a through hole. The height of the through hole corresponds to the height of the cylindrical carrier element, while the radius is smaller than the radius of the first carrier element.

In einer alternativen Ausführung ist das erste Trägerelement quaderförmig ausgebildet mit einer ebenfalls quaderförmigen zentrierten Durchgangsöffnung. Insbesondere ist das Trägerelement als umlaufender rechteckiger Rahmen ausgebildet. Der umlaufende rechteckige Rahmen wird insbesondere von vier einstückig geformten Rahmenelementen gebildet, die bevorzugterweise jeweils quaderförmig und rechtwinklig zueinander ausgerichtet ausgebildet sind und die Durchgangsöffnung im Inneren des Trägerelementes begrenzen. In einem solchen Fall ist das Detektorelement insbesondere ebenfalls quaderförmig ausgebildet. Es kann auch ein quaderförmiges Detektorelement in einem Zylinder angeordnet sein.In an alternative embodiment, the first carrier element is cuboid with a likewise cuboid centered passage opening. In particular, the carrier element is designed as a circumferential rectangular frame. The circumferential rectangular frame is formed in particular of four integrally molded frame members, which are preferably each formed cuboid and aligned at right angles to each other and limit the passage opening in the interior of the support member. In such a case, the detector element is in particular also cuboid. It can also be arranged a cuboid detector element in a cylinder.

Bevorzugterweise weist die erste Linse eine Dickenrichtung und eine Längsrichtung auf, wobei die Dicke der Linse zumindest im unverformten Zustand der Linse in Längsrichtung variiert. „Unverformt“ ist die Linse insbesondere dann, wenn keine elektrischen oder magnetischen Kräfte wirken. Vorteilhafterweise ist die Dicke der Linse in deren Mitte stets maximal, während sie in Längsrichtung kontinuierlich abnimmt. Insbesondere ist die erste Linse radialsymmetrisch ausgebildet und weist somit einen peripheren, äußeren Rand auf. Preferably, the first lens has a thickness direction and a longitudinal direction, wherein the thickness of the lens varies at least in the undeformed state of the lens in the longitudinal direction. "Unformed" is the lens especially when no electrical or magnetic forces act. Advantageously, the thickness of the lens in its center is always maximum while continuously decreasing in the longitudinal direction. In particular, the first lens is radially symmetrical and thus has a peripheral, outer edge.

Bevorzugt ist die erste Linse in direktem Kontakt mit einem magnetischen Material oder ein magnetisches Material umfassend ausgebildet, wobei die Linse dazu ausgebildet ist, sich aufgrund einer Wechselwirkung des magnetischen Materials mit einem Magnetfeld zu verformen. Preferably, the first lens is formed to be in direct contact with a magnetic material or a magnetic material, wherein the lens is adapted to deform due to an interaction of the magnetic material with a magnetic field.

Vorteilhafterweise ist ein magnetisches Material in direktem Kontakt mit der ersten Linse angeordnet. Insbesondere ist das magnetische Material in Nähe zum radial äußeren Rand oder am radial äußeren Rand der Linse angeordnet. Insbesondere ist das magnetische Material am radial äußeren Rand der Linse in die Linse integriert ausgebildet. Bevorzugterweise ist das magnetische Material in Umfangsrichtung der Linse durchgehend angeordnet, sodass das Material eine ringförmige Form aufweist. Insbesondere ist das magnetische Material fest mit der ersten Linse und/oder dem ersten Trägerelement verbunden ausgebildet. Bevorzugterweise sind die erste Linse und das magnetische Material derart angeordnet, dass die erste Linse mithilfe des magnetischen Materials auf dem ersten Trägerelement aufliegend, und ferner insbesondere fest verbunden mit diesem, ausgebildet ist. Die erste Linse weist vor allem einen Durchmesser auf, der kleiner ausgebildet ist als der Durchmesser der Ausnehmung des ersten Trägerelementes, während das als Ring oder als Kreis ausgebildete magnetische Material einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Ausnehmung des ersten Trägerelementes. Bei der Ausbildung als Ring ist der kleinere, innere Durchmesser des magnetischen Materials insbesondere kleiner und der größere, äußere Durchmesser insbesondere größer als der Durchmesser der Ausnehmung des ersten Trägerelementes ausgebildet. Advantageously, a magnetic material is disposed in direct contact with the first lens. In particular, the magnetic material is disposed in proximity to the radially outer edge or at the radially outer edge of the lens. In particular, the magnetic material is formed on the radially outer edge of the lens integrated in the lens. Preferably, the magnetic material is arranged continuously in the circumferential direction of the lens, so that the material has an annular shape. In particular, the magnetic material is fixedly connected to the first lens and / or the first carrier element. Preferably, the first lens and the magnetic material are arranged such that the first lens with the aid of the magnetic material on the first support member resting, and further in particular firmly connected to this, is formed. Above all, the first lens has a diameter which is smaller than the diameter of the recess of the first carrier element, while the magnetic material designed as a ring or a circle has a diameter which is greater than the diameter of the recess of the first carrier element. In the embodiment as a ring, the smaller, inner diameter of the magnetic material is smaller, in particular, and the larger, outer diameter, in particular, larger than the diameter of the recess of the first carrier element.

Insbesondere weist das magnetische Material eine Dicke in Dickenrichtung der Linse auf, die vorteilhafterweise mindestens 30% bis 60% der Dicke der Linse im unverformten Zustand entspricht. Alternativ zu einer in der Umfangsrichtung durchgehenden Anordnung kann das magnetische Material ebenso an verschiedenen Stellen in Umfangsrichtung angeordnet sein. Ferner kann das magnetische Material im Linsenmaterial eingebettet vorliegen, bspw. als magnetische Partikel im Linsenmaterial. In einem solchen Fall liegt das magnetische Material insbesondere gleichmäßig verteilt im Linsenmaterial vor. In particular, the magnetic material has a thickness in the thickness direction of the lens, which advantageously corresponds to at least 30% to 60% of the thickness of the lens in the undeformed state. Alternatively to a circumferentially continuous arrangement, the magnetic material may also be disposed at various locations in the circumferential direction. Furthermore, the magnetic material may be embedded in the lens material, for example as magnetic particles in the lens material. In such a case, the magnetic material is particularly evenly distributed in the lens material.

Bevorzugterweise ist die erste Linse dazu ausgebildet, sich aufgrund einer elektrischen, insbesondere elektrostatischen, Wechselwirkung mit einem elektrischen Feld zu verformen.Preferably, the first lens is adapted to deform due to an electrical, in particular electrostatic, interaction with an electric field.

Dazu kann das Linsenmaterial selbst mit einem elektrischen Feld wechselwirken, sodass eine elektrostatische Anpassung der Brennweite ermöglicht wird. Insbesondere wird ein elektrisches Feld zur Verformung der Linse erzeugt, sodass elektrische Kräfte auf die Linse wirken, die zur Verformung der Linse führen. Dies geschieht vor allem durch die Induzierung eines Dipols im Linsenmaterial. Vorteilhafterweise ist die Geometrie der ersten Linse derart gewählt, dass der induzierte Dipol im Linsenmaterial für die elektrostatische Anziehung ausreichend ist, sodass die Notwendigkeit einer Gegenelektrode entfällt. For this purpose, the lens material itself interact with an electric field, so that an electrostatic adjustment of the focal length is made possible. In particular, an electric field is generated to deform the lens, so that electrical forces acting on the lens, which lead to deformation of the lens. This is mainly done by inducing a dipole in the lens material. Advantageously, the geometry of the first lens is chosen such that the induced dipole in the lens material is sufficient for electrostatic attraction, eliminating the need for a counter electrode.

Ferner kann die erste Linse zur Verformung aufgrund elektrischer Wechselwirkung mit einem elektrischen Feld in direktem Kontakt mit einer Elektrode oder eine Elektrode umfassend ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste Linse elektrische Leitungen umfassen oder in Kontakt mit diesen ausgebildet sein, wobei die elektrischen Leitungen eine Elektrode darstellen. Ferner kann die Elektrode im Linsenmaterial eingebettet sein. Insbesondere ist die Elektrode in Nähe zum radial äußeren Rand oder am radial äußeren Rand der ersten Linse angeordnet. Insbesondere ist die Elektrode am radial äußeren Rand in die Linse integriert ausgebildet. Bevorzugterweise ist die Elektrode in Umfangsrichtung der Linse durchgehend angeordnet, sodass die Elektrode eine ringförmige Form aufweist. Insbesondere weist die Linse eine Dicke in Dickenrichtung der Linse auf, die vorteilhafterweise mindestens 30% bis 60% der Dicke der Linse im unverformten Zustand entspricht.Further, the first lens may be formed to deform due to electrical interaction with an electric field in direct contact with an electrode or an electrode. In particular, the first lens may include or be in contact with electrical leads be formed, wherein the electrical leads constitute an electrode. Furthermore, the electrode may be embedded in the lens material. In particular, the electrode is arranged in proximity to the radially outer edge or at the radially outer edge of the first lens. In particular, the electrode is formed on the radially outer edge integrated into the lens. Preferably, the electrode is arranged continuously in the circumferential direction of the lens, so that the electrode has an annular shape. In particular, the lens has a thickness in the thickness direction of the lens, which advantageously corresponds to at least 30% to 60% of the thickness of the lens in the undeformed state.

Insbesondere sind die Elektrode und die erste Linse fest miteinander verbunden ausgebildet. Bevorzugterweise sind die erste Linse und die Elektrode derart angeordnet, dass die erste Linse mithilfe der Elektrode auf dem ersten Trägerelement, insbesondere der dem Detektorelement abgewandten Seite des ersten Trägerelementes, aufliegend, und ferner insbesondere fest verbunden mit diesem, ausgebildet ist. Die erste Linse weist vor allem einen Durchmesser auf, der kleiner ausgebildet ist als der Durchmesser der Ausnehmung des ersten Trägerelementes, während die als Ring oder Kreis ausgebildete Elektrode einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Ausnehmung des ersten Trägerelementes.In particular, the electrode and the first lens are formed fixedly connected to each other. Preferably, the first lens and the electrode are arranged such that the first lens by means of the electrode on the first support member, in particular the side facing away from the detector element of the first support member, resting, and further in particular firmly connected thereto, is formed. Above all, the first lens has a diameter which is smaller than the diameter of the recess of the first carrier element, while the electrode designed as a ring or circle has an outer diameter which is greater than the diameter of the recess of the first carrier element.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Elektrode großflächig auf mindestens einer Seite, vor allem mindestens einer oder beider Seiten in Dickenrichtung, der Linse aufgebracht. Insbesondere ist die Elektrode auf der Seite der Linse, die einem Detektorelement abgewandt ist und/oder auf der Seite der Linse, die einem Detektorelement zugewandt ist, aufgebracht. In a preferred embodiment, the electrode is applied over a large area on at least one side, in particular at least one or both sides in the thickness direction, of the lens. In particular, the electrode is applied on the side of the lens which faces away from a detector element and / or on the side of the lens which faces a detector element.

Da die Wechselwirkung mit einem elektrischen Feld bzw. die auf die Linse wirkenden elektrischen Kräfte abhängig von der Größe der Fläche der Elektrode ist, sowie insbesondere ebenso abhängig von der Fläche einer gegenüberliegenden Gegenelektrode ist, ist eine großflächige Anordnung der Elektrode an der ersten Linse besonders vorteilhaft. Dies optimiert die elektrische Kraftübertragung, sodass geringe Spannungen zur Verformung der ersten Linse notwendig sind. In einer Weiterbildung kann die Elektrode auch Strukturierungen, wie bspw. Aussparungen enthalten.Since the interaction with an electric field or the electrical forces acting on the lens is dependent on the size of the surface of the electrode, and in particular also dependent on the surface of an opposing counter electrode, a large-area arrangement of the electrode on the first lens is particularly advantageous , This optimizes the electric power transmission, so that low stresses are necessary for the deformation of the first lens. In a development, the electrode may also contain structuring, such as recesses.

Der Begriff „großflächig“ ist vor allem derart zu verstehen, dass die Elektrode einen Großteil der Oberfläche einer Seite der Linse abdeckt. Dabei kann es sich um die einem Detektorelement zugewandte Seite und/oder die abgewandte Seite handeln. Die Elektrode bedeckt mindestens 50 Prozent, insbesondere mindestens 65 Prozent, ferner bevorzugt mindestens 75 % der Oberfläche der Seite der Linse. Insbesondere ist die Elektrode auf der gesamten Fläche der Seite der Linse aufgebracht. Dabei kann die Elektrode in Aufsicht auf die Seite der Linse als Ring oder Kreis, der bevorzugterweise in der Mitte der ersten Linse angeordnet ist, ausgebildet sein. The term "large area" is to be understood in particular as meaning that the electrode covers a major part of the surface of one side of the lens. This may be the side facing a detector element and / or the opposite side. The electrode covers at least 50 percent, especially at least 65 percent, more preferably at least 75 percent of the surface of the side of the lens. In particular, the electrode is applied over the entire area of the side of the lens. In this case, the electrode may be formed in plan view of the side of the lens as a ring or circle, which is preferably arranged in the middle of the first lens.

Der Vorteil einer großflächig angeordneten Elektrode liegt in einem besonders hohen Dynamikumfang der Brennweitenvariation. Ferner sind geringere elektrische Spannungen zur Verformung der Linse notwendig.The advantage of a large-area electrode lies in a particularly high dynamic range of the focal length variation. Furthermore, lower voltages are required to deform the lens.

Insbesondere umfasst die Elektrode ein im zu detektierendem Wellenlängenbereich transparentes Material, das ferner vorteilhaft elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Dabei handelt es sich vorteilhafterweise um ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid. Insbesondere ist die Elektrode gänzlich aus einem derartigen Material gebildet. Vorteilhafterweise ist die Elektrode als Schicht aufgebracht, die insbesondere eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist. Dabei ist die Schicht bevorzugterweise derart dünn ausgebildet, dass sie elastisch ausgebildet ist und sich somit ebenfalls verformen kann. Zudem kann die Elektrode Strukturierungen, bspw. Aussparungen, enthaltenIn particular, the electrode comprises a transparent in the wavelength range to be detected material, which is also advantageously formed electrically conductive. This is advantageously a transparent, electrically conductive oxide. In particular, the electrode is formed entirely of such a material. Advantageously, the electrode is applied as a layer, which in particular has a substantially constant thickness. In this case, the layer is preferably formed so thin that it is elastic and thus can also deform. In addition, the electrode structurings, for example, recesses, contain

In einer bevorzugten Weiterbildung sind das erste Trägerelement und die erste Linse als Teil eines ersten Linsenwafers ausgebildet und/oder das Detektorelement als Teil eines Sensorwafers ausgebildet. Der Linsenwafer setzt sich somit aus einem Trägerwafer und einer Vielzahl von darauf aufgebrachten Linsen zusammen. Insbesondere umfasst der Linsenwafer eine Vielzahl von Trägerelementen und Linsen, die allesamt gemäß dem ersten Trägerelement und der ersten Linse ausgebildet sind. Der erste Linsenwafer besteht bevorzugterweise aus Glas oder Silizium. Optional können einzelne oder mehrere Oberflächen des Linsenwafers mit zusätzlichen Funktionsschichten, bspw. Antireflexschichten oder Bandpassfiltern, versehen sein. In a preferred embodiment, the first carrier element and the first lens are formed as part of a first lens wafer and / or the detector element is formed as part of a sensor wafer. The lens wafer is thus composed of a carrier wafer and a plurality of lenses applied thereon. In particular, the lens wafer comprises a plurality of carrier elements and lenses, which are all formed according to the first carrier element and the first lens. The first lens wafer is preferably made of glass or silicon. Optionally, one or more surfaces of the lens wafer may be provided with additional functional layers, for example antireflection layers or bandpass filters.

Durch die Verwendung eines Polymers, bzw. eines Fotolacks auf Polymerbasis, ergibt sich die Möglichkeit, kostengünstige Linsenwafer, und somit Waferlevellinsen, herzustellen, die eine kostenintensive Einzelchip-Herstellung ablöst. The use of a polymer, or a polymer-based photoresist, results in the possibility of producing cost-effective lens wafers, and thus wafer level lenses, which replaces a cost-intensive single-chip production.

Der Sensorwafer umfasst eine Vielzahl von Detektorelementen. Bevorzugterweise umfasst das Detektorelement einen CCD, CMOS oder Mikrobolometer-Imager. Insbesondere ist der Sensorwafer bereits durch ein geeignetes Bondverfahren hermetisch verkappt worden.The sensor wafer comprises a multiplicity of detector elements. Preferably, the detector element comprises a CCD, CMOS or microbolometer imager. In particular, the sensor wafer has already been hermetically capped by a suitable bonding method.

Der erste Linsenwafer und der Sensorwafer sind bevorzugterweise aufeinander gestapelt angeordnet und verbunden, bevorzugterweise mittels eines geeigneten Waferbondverfahrens. Zudem können noch weitere Wafer, bspw. weitere Linsenwafer, Kappenwafer und/oder Blendenwafer, Teil des optischen Abbildungssystems bilden, indem sie in den Stapel von Wafern aufgenommen sind. Ein Blendenwafer umfasst eine Vielzahl von Blenden, die den Lichteinfall beschränken. Unter einem Wafer ist grundsätzlich ein Substrat für die darauf aufzubringenden funktionellen Elemente, wie bspw. Linsen, Blenden oder Detektoren, zu verstehen. Dabei sind die Wafer derart miteinander verbunden, dass jeweils ein funktionelles Element eines Wafers jeweils einem funktionellen Element des oder der anderen Wafer zugeordnet ist.The first lens wafer and the sensor wafer are preferably stacked and bonded together, preferably by means of a suitable wafer bonding process. moreover For example, additional wafers, for example additional lens wafers, cap wafers and / or aperture wafers, can form part of the optical imaging system by being accommodated in the stack of wafers. An aperture wafer includes a plurality of apertures that limit the incidence of light. In principle, a wafer is to be understood as meaning a substrate for the functional elements to be applied thereto, such as, for example, lenses, diaphragms or detectors. In this case, the wafers are connected to one another such that in each case one functional element of a wafer is assigned in each case to one functional element of the one or more other wafers.

Insbesondere ist der Linsenwafer auf der dem Sensorwafer zugewandten Seite derart strukturiert, dass chipweise oder pixelweise eine Kavität entsteht. Bevorzugterweise besteht das erste Trägerelement für die erste Linse bzw. der Linsenwafer entweder aus einem leitfähigen Material, bspw. dotiertem Silizium, oder aus einem nicht leitfähigen Material, wobei das erste Trägerelement bzw. der Linsenwafer dann Durchkontaktierungen enthalten kann. Unter einer Durchkontaktierung ist eine elektrische Leitung zu verstehen, die insbesondere innerhalb einer kanalförmigen Durchgangsbohrung im ersten Trägerelement, insbesondere von einem dem Detektorelement zugewandten Ende des Trägerelementes zum gegenüberliegenden, dem Detektorelement abgewandten Ende des Trägerelementes, verläuft. Insbesondere ist die auf der ersten Linse aufgebrachte Elektrode elektrisch mit dem ersten Trägerelement bzw. dem ersten Linsenwafer verbunden ausgebildet. Dies kann ermöglicht werden, indem das Trägerelement selber elektrisch leitfähig ist und die Elektrode mit dem ersten Trägerelement in Kontakt steht. Ferner kann die Elektrode in elektrischen Kontakt mit Durchkontaktierungen des ersten Trägerelementes stehen. In particular, the lens wafer is structured on the side facing the sensor wafer in such a way that a cavity is produced on a chip-by-chip or pixel-by-pixel basis. Preferably, the first carrier element for the first lens or the lens wafer consists either of a conductive material, for example doped silicon, or of a non-conductive material, wherein the first carrier element or the lens wafer can then contain vias. Under a via is an electrical line to understand, in particular within a channel-shaped through hole in the first support member, in particular from a detector element facing the end of the support member to the opposite, the detector element remote from the end of the support element runs. In particular, the electrode applied to the first lens is electrically connected to the first carrier element or the first lens wafer. This can be made possible by the carrier element itself being electrically conductive and the electrode being in contact with the first carrier element. Furthermore, the electrode may be in electrical contact with plated-through holes of the first carrier element.

Ferner bevorzugt umfasst das optische Abbildungssystem ein Mittel zur Erzeugung von auf die erste Linse wirkenden elektrischen oder magnetischen Kräften. Im Falle von magnetischen Kräften handelt es sich bei dem Mittel vor allem um mindestens eine, bevorzugterweise zwei, Spulen. Die mindestens eine Spule dient zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das mit dem magnetischen Material an oder in der Linse wechselwirken kann. Further preferably, the optical imaging system comprises means for generating electrical or magnetic forces acting on the first lens. In the case of magnetic forces, the means are above all at least one, preferably two, coils. The at least one coil serves to generate a magnetic field that can interact with the magnetic material on or in the lens.

Im Falle von elektrischen Kräften handelt es sich bei dem Mittel um mindestens eine, bevorzugterweise zwei, Gegenelektroden, die zusammen mit der ersten Linse und/oder der an oder in der ersten Linse angeordneten Elektrode ein elektrisches Feld erzeugen.In the case of electrical forces, the means is at least one, preferably two, counter electrodes, which generate an electric field together with the first lens and / or the electrode arranged on or in the first lens.

Die mindestens eine Spule und/oder die mindestens eine Gegenelektrode ist bevorzugterweise auf dem Detektorelement, insbesondere auf der Seite des Detektorelementes bzw. des Sensorwafers, die der ersten Linse zugewandt ist, angeordnet. Dabei ist die mindestens eine Spule oder Gegenelektrode insbesondere in Nähe zum ersten Trägerelement angeordnet. Ferner bevorzugt sind die mindestens eine Spule und/oder die mindestens eine Gegenelektrode transparent ausgebildet. The at least one coil and / or the at least one counterelectrode is preferably arranged on the detector element, in particular on the side of the detector element or of the sensor wafer, which faces the first lens. In this case, the at least one coil or counter electrode is arranged in particular in the vicinity of the first carrier element. Further preferably, the at least one coil and / or the at least one counterelectrode are transparent.

Ferner bevorzugt ist die mindestens eine Gegenelektrode aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem transparenten, leitfähigen Oxid, gebildet. Vorteilhafterweise ist die Gegenelektrode großflächig auf dem Detektorelement aufgebracht. Unter dem Begriff „großflächig“ ist vor allem zu verstehen, dass die Elektrode einen Großteil der Oberfläche der der ersten Linse zugewandten Seite des Detektorelementes abdeckt, insbesondere mindestens 50 Prozent, bevorzugterweise mindestens 65 Prozent, ferner bevorzugt mindestens 75 % der Oberfläche der Seite, die nicht bereits durch das erste Trägerelement bedeckt ist. Ferner kann die Gegenelektrode seitlich des aktiven Sensorbereichs des Detektorelementes angeordnet sein. Further preferably, the at least one counterelectrode is formed from a transparent, electrically conductive material, in particular a transparent, conductive oxide. Advantageously, the counter electrode is applied over a large area on the detector element. The term "large area" is to be understood in particular that the electrode covers a large part of the surface of the first lens facing side of the detector element, in particular at least 50 percent, preferably at least 65 percent, more preferably at least 75% of the surface of the page not already covered by the first support element. Furthermore, the counterelectrode can be arranged laterally of the active sensor region of the detector element.

Die Erfindung betrifft zudem ein System aufweisend mindestens einen Linsenwafer und einen Sensorwafer, wobei das System weiterhin mindestens ein oben beschriebenes optisches Abbildungssystem umfasst. Unter dem Linsenwafer ist bevorzugterweise der oben beschriebene erste Linsenwafer zu verstehen. Insbesondere umfasst das System mindestens einen oder mehrere weitere Linsenwafer, die entsprechend des ersten Linsenwafers ausgebildet sind. The invention also relates to a system comprising at least one lens wafer and a sensor wafer, wherein the system further comprises at least one optical imaging system as described above. The lens wafer is preferably to be understood as the first lens wafer described above. In particular, the system includes at least one or more further lens wafers formed in correspondence with the first lens wafer.

Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Linsenwafers, umfassend die folgenden Schritte: Vorstrukturieren eines geeigneten Trägerwafers, Aufbringen eines Polymers und Erzeugung einer Linsenstruktur. Unter einem Trägerwafer ist ein Wafer zu verstehen, der als Trägerplatte für die aufzubringenden Linsen zu verstehen ist. Dieser Trägerwafer wird bevorzugterweise lithographisch vorstrukturiert. Durch die Vorstrukturierung entsteht ein zweidimensionales Gitter und das Material des Trägerwafers in den so geschaffenen Gitterzwischenräumen wird für das Aufbringen des Linsenmaterials, hier des Polymers, vorbereitet. Anschließend wird das Polymer aufgebracht, aus dem die Linse gebildet wird. Die Erzeugung der Linsenstruktur erfolgt dabei insbesondere durch einen der folgenden Schritte oder deren Kombination: Heißprägen, Graustufenlithographie, Laserstrukturierung, Auftropfen und Verfließen durch Temperschritt oder Strukturierung durch Ätzmittel und Verfließen durch Temperschritt. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte des Aufbringens und bevorzugterweise Strukturierens einer Schicht aus leitfähigem, transparenten Material und ein optionales Nachbehandeln des Linsenwafers. Further, the invention comprises a method for producing a lens wafer, comprising the following steps: pre-structuring a suitable carrier wafer, applying a polymer and producing a lens structure. A carrier wafer is to be understood as meaning a wafer, which is to be understood as a carrier plate for the lenses to be applied. This carrier wafer is preferably pre-structured lithographically. The pre-structuring results in a two-dimensional lattice and the material of the carrier wafer in the lattice interstices thus created is prepared for the application of the lens material, here the polymer. Subsequently, the polymer is applied, from which the lens is formed. The lens structure is produced in particular by one of the following steps or a combination thereof: hot embossing, gray scale lithography, laser structuring, dripping and flowing through heat treatment or structuring by means of etchant and flowing through heat treatment. Further, the method includes the steps of depositing and preferably patterning a layer of conductive, transparent material and optionally post treating the lens wafer.

Unter einer Nachbehandlung kann bspw. ein Rückdünnen verstanden werden, sodass die Linsen des Linsenwafers freihängend angeordnet sind. Das Aufbringen einer Schicht aus leitfähigem, transparenten Material erfolgt entweder nach der Vorstrukturierung des Trägerwafers und vor dem Aufbringen des Polymers und Erzeugen der Linsenstruktur und/oder nach Erzeugen der Linsenstruktur. Das Material ist dabei bevorzugterweise ein leitfähiges, transparentes Oxid. Das Material wird bevorzugterweise „großflächig“ auf mindestens eine Seite der ersten Linse aufgebracht. Dabei kann es sich um die einem Detektorelement zugewandte Seite und/oder die abgewandte Seite der ersten Linse handeln. Dabei kann das Material in Form eines Rings oder eines Kreises, der bevorzugterweise in der Mitte der ersten Linse angeordnet ist, aufgetragen werden. A post-treatment can, for example, be understood to mean back-thinning, so that the lenses of the lens wafer are arranged freely suspended. The application of a layer of conductive, transparent material takes place either after pre-structuring the carrier wafer and before applying the polymer and producing the lens structure and / or after producing the lens structure. The material is preferably a conductive, transparent oxide. The material is preferably applied "over a large area" on at least one side of the first lens. This may be the side facing a detector element and / or the opposite side of the first lens. In this case, the material in the form of a ring or a circle, which is preferably arranged in the middle of the first lens, are applied.

Ferner bevorzugt können Oberflächen des Linsenwafers mit zusätzlichen Funktionsschichten, bspw. Antireflexschichten oder Bandpassfiltern, versehen werden. Bei dem Polymer handelt es sich bevorzugterweise um einen Fotolack auf Polymerbasis. Das Aufbringen des Fotolacks erfolgt insbesondere mittels Aufschleudern oder Aufsprühen. Durch die Verwendung eines Polymers, bzw. eines Fotolacks auf Polymerbasis, ergibt sich die Möglichkeit, kostengünstige Linsenwafer, und somit Waferlevellinsen, herzustellen, die eine kostenintensive Einzelchip-Herstellung ablöst. Besonders bevorzugt kann das Verfahren zur Herstellung eines Linsenwafers noch den Schritt der Erzeugung von Kavitäten auf der einem Detektorelement zugewandten Seite des Linsenwafers umfassen. Dabei besteht der Trägerwafer aus einer Vielzahl von Trägerelementen, die jeweils einer Linse des Linsenwafers zugeordnet werden können. Der Trägerwafer wird dabei bevorzugterweise derart bearbeitet, dass die Trägerelemente wie oben beschrieben eine Kavität erzeugen, wobei die Kavitäten bevorzugterweise chip- oder pixelweise erzeugt werden. Furthermore, surfaces of the lens wafer may be provided with additional functional layers, for example antireflection layers or bandpass filters. The polymer is preferably a polymer-based photoresist. The application of the photoresist takes place in particular by spin coating or spraying. The use of a polymer, or a polymer-based photoresist, results in the possibility of producing cost-effective lens wafers, and thus wafer level lenses, which replaces a cost-intensive single-chip production. Particularly preferably, the method for producing a lens wafer may also include the step of generating cavities on the side of the lens wafer facing a detector element. In this case, the carrier wafer consists of a plurality of carrier elements, which can each be assigned to a lens of the lens wafer. In this case, the carrier wafer is preferably processed in such a way that the carrier elements generate a cavity as described above, wherein the cavities are preferably produced by chip or pixel by pixel.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von optischen Abbildungssystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die oben beschriebene Herstellung eines Linsenwafers, sowie das paarweise Verbinden des Linsenwafers mit mindestens einem weiteren Wafer mittels eines Waferbondverfahrens. Bei dem weiteren Wafer kann es sich um einen weiteren Linsenwafer, einen Sensorwafer oder einen Blenden- oder Kappenwafer handeln. Bevorzugterweise werden sämtliche die optischen Abbildungssysteme bildenden Wafer übereinander gestapelt, genauestens justiert, und anschließend die benachbarten Wafer miteinander mittels Waferbondverfahren verbunden. Dabei werden die Wafer derart zueinander justiert, dass einem funktionellen Element eines Wafers ein funktionelles Element eines weiteren Wafers zugeordnet wird. Insbesondere ist einer Linse eines Linsenwafers ein Detektorelement eines Sensorwafers zugeordnet. Optional können durch die Wafer erzeugte Kavitäten vakuumversiegelt werden. The invention also relates to a method for producing optical imaging systems according to one of claims 1 to 8, comprising the production of a lens wafer described above, and the pairwise bonding of the lens wafer with at least one further wafer by means of a wafer bonding process. The further wafer can be a further lens wafer, a sensor wafer or a diaphragm or cap wafer. Preferably, all the wafers forming the optical imaging systems are stacked, precisely adjusted, and then the adjacent wafers are joined together by wafer bonding techniques. In this case, the wafers are adjusted to one another such that a functional element of a wafer is assigned a functional element of another wafer. In particular, a lens of a lens wafer is assigned a detector element of a sensor wafer. Optionally, cavities produced by the wafers can be vacuum sealed.

Das Waferbondverfahren weist insbesondere folgende Eigenschaften auf: Das Waferbondverfahren muss optional vakuumversiegelnd sein, und nachfolgende Bondverfahren dürfen die Qualität der vorangehenden Verbindungen nicht beeinflussen. Ferner soll durch sämtliche Bondverfahren eine sehr hohe mechanische Festigkeit resultieren. In particular, the wafer bonding process has the following properties: The wafer bonding process must optionally be vacuum-sealed, and subsequent bonding processes must not affect the quality of the preceding bonds. Furthermore, to be achieved by all bonding a very high mechanical strength.

Zuletzt werden durch die Verbindungen der Wafer vergrabene Kontakte der optischen Abbildungssysteme freigelegt, insbesondere durch Freisägen, und die verbundenen Wafer in einzelne optische Abbildungssysteme getrennt.Finally, through the connections of the wafers, buried contacts of the optical imaging systems are exposed, in particular by sawing, and the bonded wafers are separated into individual optical imaging systems.

Durch das Aneinanderfügen von Wafern vor der Vereinzelung der einzelnen optischen Abbildungssysteme hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es nur wenige Prozessschritte beinhaltet und somit die Kosten für die Herstellung der optischen Abbildungssysteme erheblich reduziert. Ferner wird durch das Verfahren eine sehr genaue und zeitgleiche Justage der einzelnen funktionellen Elemente der Wafer zueinander möglich.By joining wafers prior to separating the individual optical imaging systems, the method according to the invention has the advantage that it involves only a few process steps and thus considerably reduces the costs for producing the optical imaging systems. Furthermore, by the method a very accurate and simultaneous adjustment of the individual functional elements of the wafer to each other possible.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungThe invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. It show in a schematic representation

1: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems 1 : A cross-section of an optical imaging system according to the invention

2: eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem nach 1, 2 : A plan view of the optical imaging system according to the invention 1 .

3: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems, 3 FIG. 3: a cross-section of an optical imaging system according to the invention, FIG.

4: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems, 4 FIG. 3: a cross-section of an optical imaging system according to the invention, FIG.

5: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems, 5 FIG. 3: a cross-section of an optical imaging system according to the invention, FIG.

6: eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem nach 5, 6 : A plan view of the optical imaging system according to the invention 5 .

7: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems, 7 FIG. 3: a cross-section of an optical imaging system according to the invention, FIG.

8: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems, und 8th FIG. 3: a cross section of an optical imaging system according to the invention, and FIG

9: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems. 9 : A cross-section of an optical imaging system according to the invention.

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems 100 umfassend eine erste mikromechanische Linse 10 zum Brechen von elektromagnetischer Strahlung, wobei die erste Linse 10 aus einem Polymer 12, genauer aus einem Fotolack 12a auf Polymerbasis, gebildet ist. 1 shows a schematic representation of a cross section of an optical imaging system according to the invention 100 comprising a first micromechanical lens 10 for breaking electromagnetic radiation, wherein the first lens 10 from a polymer 12 , more precisely from a photoresist 12a based on polymer.

Das optische Abbildungssystem 100 weist ein erstes Trägerelement 13 für die erste Linse 10 auf, das Teil eines Linsenwafers 14 ist. Ferner weist das optische Abbildungssystem 100 ein Detektorelement 15 zum Detektieren der durch die erste Linse 10 gebrochenen, elektromagnetischen Strahlung auf. Das Detektorelement 15 ist Teil eines Sensorwafers 16, wobei das Detektorelement 15 einen CCD-Imager 17 enthält. The optical imaging system 100 has a first carrier element 13 for the first lens 10 on, the part of a lens wafer 14 is. Further, the optical imaging system 100 a detector element 15 for detecting through the first lens 10 broken, electromagnetic radiation. The detector element 15 is part of a sensor wafer 16 , wherein the detector element 15 a CCD imager 17 contains.

Das Detektorelement 15 weist eine der ersten Linse 10 zugewandte Seite 15a auf. Der Linsenwafer 14 und der Sensorwafer 16 sind mittels eines Waferbondverfahrens verbunden, und zwar derart, dass jeweils einer Linse des Linsenwafers 14 ein Detektorelement 15 des Sensorwafers 16 zugeordnet ist. Das erste Trägerelement 13 weist eine der ersten Linse 10 zugewandte Seite 13a sowie eine der ersten Linse 10 abgewandte und dem Detektorelement 15 zugewandte Seite 13b auf. Die erste Linse 10 weist eine dem Detektorelement 15 zugewandte Seite 10a und eine dem Detektorelement abgewandte Seite 10b auf. The detector element 15 has one of the first lens 10 facing side 15a on. The lens wafer 14 and the sensor wafer 16 are connected by means of a wafer bonding process, such that in each case one lens of the lens wafer 14 a detector element 15 of the sensor wafer 16 assigned. The first carrier element 13 has one of the first lens 10 facing side 13a and one of the first lens 10 remote and the detector element 15 facing side 13b on. The first lens 10 has a the detector element 15 facing side 10a and a side facing away from the detector element 10b on.

Das erste Trägerelement 13 weist in dem Querschnitt der 1 zwei gegenüberliegende Trägerelementabschnitte 13c, 13d auf. Es ist eine Kavität 18 zwischen dem ersten Trägerelement 13, der ersten Linse 10 und dem Detektorelement 15 ausgebildet. Die Kavität 18 wird begrenzt durch das erste Trägerelement 13, genauer die der Kavität 18 zugewandten Innenseiten des ersten Trägerelements 13 sowie die der ersten Linse 10 zugewandte Seite 15a des Detektorelementes 15 und die dem Detektorelement 15 zugewandte Seite 10a der ersten Linse 10. Die Kavität 18 wird durch eine Ausnehmung 13e im ersten Trägerelement 13 gebildet. Das erste Trägerelement 13 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist eine zylinderförmige Ausnehmung 13e auf. The first carrier element 13 has in the cross section of 1 two opposite carrier element sections 13c . 13d on. It is a cavity 18 between the first carrier element 13 , the first lens 10 and the detector element 15 educated. The cavity 18 is limited by the first carrier element 13 , more precisely, the cavity 18 facing inner sides of the first support member 13 as well as the first lens 10 facing side 15a of the detector element 15 and the detector element 15 facing side 10a the first lens 10 , The cavity 18 is through a recess 13e in the first carrier element 13 educated. The first carrier element 13 is designed as a hollow cylinder and has a cylindrical recess 13e on.

Das erste Trägerelement 13 weist zwei Durchkontaktierungen 19a, 19b auf. Die Durchkontaktierungen 19a, 19b werden durch zwei kanalförmige Durchgangsbohrungen 20a, 20b und zwei darin verlaufende elektrische Leitungen 21a, 21b gebildet. Eine Durchkontaktierung 19a mitsamt Durchgangsbohrung 20a und Leitung 21a ist in dem Trägerelementabschnitt 13c angeordnet, wobei die andere Durchkontaktierung 19b mit Durchgangsbohrung 20b und Leitung 21b in dem gegenüberliegenden Trägerelementabschnitt 13d angeordnet ist. Die elektrischen Leitungen 21a, 21b sind mit einer Elektrode 22 verbunden, die am radial äußeren Ende 10c der ersten Linse 10 auf der der ersten Linse 10 zugewandten und dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 13a des ersten Trägerelementes 13 angeordnet ist. Die Elektrode 22 ist ringförmig ausgebildet und fest mit der ersten Linse 10 und dem ersten Trägerelement 13 verbunden. Durch die ringförmige Ausbildung weist die Elektrode zwei Durchmesser, einen radial inneren Durchmesser und einen radial äußeren Durchmesser 22a, auf. The first carrier element 13 has two vias 19a . 19b on. The vias 19a . 19b be through two channel-shaped through holes 20a . 20b and two electrical lines running therein 21a . 21b educated. A via 19a complete with through hole 20a and direction 21a is in the carrier element section 13c arranged, with the other via 19b with through hole 20b and direction 21b in the opposite carrier element section 13d is arranged. The electrical wires 21a . 21b are with an electrode 22 connected to the radially outer end 10c the first lens 10 on the first lens 10 facing and the detector element 15 opposite side 13a of the first carrier element 13 is arranged. The electrode 22 is annular and fixed to the first lens 10 and the first carrier element 13 connected. Due to the annular design, the electrode has two diameters, a radially inner diameter and a radially outer diameter 22a , on.

Das optische Abbildungssystem 100 umfasst ferner eine ringförmige Gegenelektrode 23, die auf der der ersten Linse 10 zugewandten Seite 15a des Detektorelementes 15 angeordnet ist. Durch Wechselwirkung der Elektrode 22 und der Gegenelektrode 23 wird die erste Linse 10 durch elektrische Kräfte verformt. The optical imaging system 100 further comprises an annular counter electrode 23 that on the first lens 10 facing side 15a of the detector element 15 is arranged. By interaction of the electrode 22 and the counter electrode 23 becomes the first lens 10 deformed by electrical forces.

In 2 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem nach 1 gezeigt. In der Draufsicht ist die runde Form der ersten Linse 10 zu sehen. Es sind ebenfalls die Elektrode 22 und das erste Trägerelement 13 in Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Dabei ist der Durchmesser 10d der ersten Linse 10 kleiner ausgebildet als der äußere Durchmesser 22a der Elektrode 22, wobei der äußere Durchmesser 13f des ersten Trägerelementes 13 größer ausgebildet ist als der äußere Durchmesser 22a der Elektrode 22. Der Durchmesser der zylinderförmigen Ausnehmung 13e des ersten Trägerelementes 13 ist hingegen kleiner als der äußere Durchmesser 22a der Elektrode 22, jedoch größer als der kleinere Durchmesser der Elektrode 22. In 2 is a schematic representation of a plan view of the optical imaging system according to the invention 1 shown. In the plan view is the round shape of the first lens 10 to see. It is also the electrode 22 and the first carrier element 13 formed circular in plan view. Here is the diameter 10d the first lens 10 smaller than the outer diameter 22a the electrode 22 where the outer diameter 13f of the first carrier element 13 is formed larger than the outer diameter 22a the electrode 22 , The diameter of the cylindrical recess 13e of the first carrier element 13 is smaller than the outer diameter 22a the electrode 22 but larger than the smaller diameter of the electrode 22 ,

3 stellt einen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems 100 dar, das die folgenden Unterschiede zum Abbildungssystem der 1 und 2 aufweist. Das erste Trägerelement 13 umfasst keine Durchkontaktierungen 19a, 19b, sprich keine elektrischen Leitungen 21a, 21b und keine Durchgangsbohrungen 20a, 20b. Ferner weist das optische Abbildungssystem 100 keine Elektrode 22 auf. Stattdessen wird die erste Linse 10 mithilfe eines magnetischen Materials 25 verformt, das mit einem Magnetfeld zur Verformung der ersten Linse 10 wechselwirkt. 3 FIG. 12 illustrates a cross section of another optical imaging system according to the invention. FIG 100 This represents the following differences to the imaging system of the 1 and 2 having. The first carrier element 13 does not include vias 19a . 19b , do not speak electrical lines 21a . 21b and no through holes 20a . 20b , Further, the optical imaging system 100 no electrode 22 on. Instead, the first lens 10 using a magnetic material 25 deformed, with a magnetic field for deformation of the first lens 10 interacts.

Um solch ein Magnetfeld zu erzeugen, weist das optischen Abbildungssystem 100 eine Spule 24 auf, die auf der der ersten Linse 10 zugewandten Seite 15a des Detektorelementes 15 angeordnet ist. Die erste Linse 10 weist ein magnetisches Material 25 auf, das am radial äußeren Ende 10c der ersten Linse 10 auf der der ersten Linse 10 zugewandten und dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 13a des ersten Trägerelementes 13 angeordnet ist. Das magnetische Material 25 weist eine ringförmige Gestalt auf und ist fest mit der ersten Linse 10 sowie mit dem ersten Trägerelement 13 verbunden. Durch die ringförmige Ausbildung weist das magnetische Material 25 zwei Durchmesser, einen radial inneren Durchmesser und einen radial äußeren Durchmesser, auf.To generate such a magnetic field, the optical imaging system has 100 a coil 24 on that on the first lens 10 facing side 15a of the detector element 15 is arranged. The first lens 10 has a magnetic material 25 on, at the radially outer end 10c the first lens 10 on the first lens 10 facing and the detector element 15 opposite side 13a of the first carrier element 13 is arranged. The magnetic material 25 has an annular shape and is fixed to the first lens 10 as well as with the first carrier element 13 connected. Due to the annular formation, the magnetic material 25 two diameters, a radially inner diameter and a radially outer diameter, on.

Der äußere Durchmesser des magnetischen Materials 25 ist größer und der innere Durchmesser des magnetischen Materials 25 ist kleiner als der Durchmesser der zylinderförmigen Ausnehmung 13e des ersten Trägerelementes 13 ausgebildet, sodass das ringförmige Material auf der dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 13a des ersten Trägerelementes 13 aufliegt. The outer diameter of the magnetic material 25 is larger and the inner diameter of the magnetic material 25 is smaller than the diameter of the cylindrical recess 13e of the first carrier element 13 formed so that the annular material on the detector element 15 opposite side 13a of the first carrier element 13 rests.

4 zeigt einen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems 100, bei dem zwei Trägerelemente, ein erstes Trägerelement 13 und ein zweites Trägerelement 26 sowie ein Detektorelement 15 aufeinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Das erste Trägerelement 13 ist Teil eines ersten Linsenwafers 14a, während das zweite Trägerelement 26 Teil eines zweiten Linsenwafers 14b und das Detektorelement Teil eines Sensorwafers 16 ist. 4 shows a cross section of another optical imaging system according to the invention 100 in which two carrier elements, a first carrier element 13 and a second carrier element 26 and a detector element 15 stacked on top of each other and connected together. The first carrier element 13 is part of a first lens wafer 14a while the second carrier element 26 Part of a second lens wafer 14b and the detector element is part of a sensor wafer 16 is.

Auf dem zweiten Trägerelement 26 ist eine zweite Linse 11 befestigt, sodass das optische System 100 nach 4 zwei Linsen 10, 11 umfasst. Die zweite Linse 11 besteht ebenfalls aus einem Fotolack 12a auf Polymerbasis 12. Das zweite Trägerelement 26 weist eine der zweiten Linse zugewandte Seite 26a und eine dem Detektorelement zugewandte Seite 26b auf. On the second carrier element 26 is a second lens 11 attached, so the optical system 100 to 4 two lenses 10 . 11 includes. The second lens 11 also consists of a photoresist 12a based on polymer 12 , The second carrier element 26 has a side facing the second lens 26a and a side facing the detector element 26b on.

Durch die Anordnung eines zweiten Trägerelementes 26 auf dem ersten Trägerelement 13 werden bei dieser Ausführungsform zwei Kavitäten 18a, 18b gebildet. Die erste Kavität 18a wird wie unter 1 beschrieben gebildet, während die zweite Kavität 18b von dem zweiten Trägerelement 26, der zweiten Linse 11 und der ersten Linse 10 gebildet wird.By the arrangement of a second carrier element 26 on the first carrier element 13 become two cavities in this embodiment 18a . 18b educated. The first cavity 18a will be like under 1 described formed while the second cavity 18b from the second carrier element 26 , the second lens 11 and the first lens 10 is formed.

Das erste Trägerelement 13 weist sechs Durchkontaktierungen 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f auf, die durch Durchgangsbohrungen 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f und entsprechende darin verlaufende Leitungen 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f gebildet werden.The first carrier element 13 has six vias 19a . 19b . 19c . 19d . 19e . 19f on, through through holes 20a . 20b . 20c . 20d . 20e . 20f and corresponding lines running therein 21a . 21b . 21c . 21d . 21e . 21f be formed.

An dem radial äußeren Ende 10c der ersten Linse 10 ist eine Elektrode 22a angeordnet, die mit zwei der Leitungen 21c, 21d verbunden ist. Auf der der ersten Linse 10 zugewandten Seite 15a des Detektorelementes 15 ist eine ringförmige Gegenelektrode 23a angeordnet. Die Elektrode 22a bildet mit der Gegenelektrode 23a ein Elektrodenpaar zur Bildung eines elektrischen Feldes zur Verformung der ersten Linse 10. At the radially outer end 10c the first lens 10 is an electrode 22a arranged with two of the wires 21c . 21d connected is. On the first lens 10 facing side 15a of the detector element 15 is an annular counterelectrode 23a arranged. The electrode 22a forms with the counter electrode 23a a pair of electrodes for forming an electric field for deforming the first lens 10 ,

Das zweite Trägerelement 26 weist vier Durchgangsbohrungen 31a, 31b, 31e, 31f auf, wobei durch diese vier Leitungen 21a, 21b, 21e, 21f verlaufen, welche bereits durch das erste Trägerelement durch entsprechende Durchgangsbohrungen 20a, 20b, 20e, 20f verlaufen sind. Dafür sind das erste Trägerelement 13 und das zweite Trägerelement 26 derart zueinander justiert, dass die Durchgangsbohrungen 20a, 20b, 20e, 20f, 31a, 31b, 31e, 31f paarweise übereinander liegen, sodass die Leitungen 21a, 21b, 21e, 21f sowohl durch das erste Trägerelement 13 als auch durch das zweite Trägerelement 26 verlaufen können.The second carrier element 26 has four through holes 31a . 31b . 31e . 31f on, passing through these four lines 21a . 21b . 21e . 21f run, which already through the first support member through corresponding through holes 20a . 20b . 20e . 20f have gone. For this are the first support element 13 and the second support member 26 adjusted to each other such that the through holes 20a . 20b . 20e . 20f . 31a . 31b . 31e . 31f in pairs one above the other, so that the lines 21a . 21b . 21e . 21f both by the first carrier element 13 as well as through the second carrier element 26 can run.

Zwei Durchgangsbohrungen 31a, 31f verlaufen von der dem Detektorelement 15 zugewandten und der zweiten Linse 11 abgewandten Seite 26b des zweiten Trägerelementes geradlinig zur gegenüberliegenden, der zweiten Linse 11 zugewandten Seite 26a des zweiten Trägerelementes 26, wo die darin verlaufenden entsprechenden Leitungen 21a, 21f mit einer dort angeordneten Elektrode 22b verbunden sind. Diese an der zweiten Linse 11 angeordnete Elektrode 22b ist am radial äußeren Ende 11c der zweiten Linse 11 auf der der zweiten Linse 11 zugewandten und dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 26a des zweiten Trägerelementes 26 angeordnet. Two through holes 31a . 31f extend from the detector element 15 facing and the second lens 11 opposite side 26b the second carrier element rectilinear to the opposite, the second lens 11 facing side 26a of the second carrier element 26 where the corresponding lines running in it 21a . 21f with an electrode arranged there 22b are connected. This on the second lens 11 arranged electrode 22b is at the radially outer end 11c the second lens 11 on the second lens 11 facing and the detector element 15 opposite side 26a of the second carrier element 26 arranged.

Die zwei anderen Durchgangsbohrungen 31b, 31e des zweiten Trägerelementes 26 verlaufen zunächst in Richtung der der zweiten Linse 11 zugewandten Seite 26a des zweiten Trägerelementes 26, jedoch anschließend senkrecht dazu in Richtung der Ausnehmung 26e des zweiten Trägerelementes 26. Die Ausnehmung 26e ist zylinderförmig ausgebildet. Im Bereich der Ausnehmung 26e weist das zweite Trägerelement 26 im Querschnitt zwei Vorsprünge 26f, 26g auf. Die zwei Vorsprünge 26f, 26g sind Abschnitte eines umlaufenden Vorsprungs. Die Vorsprünge 26f, 26g weisen jeweils eine der zweiten Linse 11 zugewandten Seite 26h auf. Auf diesen Seiten 26h der Vorsprünge 26f, 26g ist eine Gegenelektrode 23b angeordnet, die ringförmig ausgebildet ist und mit den Leitungen 21b, 21e verbunden ist. Die Elektrode 22b und die Gegenelektrode 23b bilden ein Elektrodenpaar zur Verformung der zweiten Linse 11 durch Aufbau eines elektrischen Feldes. The two other through holes 31b . 31e of the second carrier element 26 initially run in the direction of the second lens 11 facing side 26a of the second carrier element 26 , but then perpendicular to it in the direction of the recess 26e of the second carrier element 26 , The recess 26e is cylindrical. In the area of the recess 26e has the second carrier element 26 in cross-section two projections 26f . 26g on. The two projections 26f . 26g are sections of a circumferential projection. The projections 26f . 26g each have one of the second lens 11 facing side 26h on. On these pages 26h the projections 26f . 26g is a counter electrode 23b arranged, which is annular and with the lines 21b . 21e connected is. The electrode 22b and the counter electrode 23b form a pair of electrodes for deformation of the second lens 11 by building an electric field.

5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes optisches Abbildungssystem 100 in einer Querschnittsbetrachtung. Das Abbildungssystem 100 ist identisch zu dem in 1 gezeigten System ausgebildet. Der einzige Unterschied zu dem in 1 gezeigten optischen Abbildungssystem 100 ist, dass auf der dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 10b der ersten Linse 10 ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid 27 aufgetragen ist. Das Oxid bedeckt die gesamte dem Detektorelement 15 abgewandte Seite 10b der ersten Linse 10. Das Oxid 27 ist mit den Leitungen 21a, 21b der Durchkontaktierungen 20a, 20b verbunden. Das Oxid 27 bildet eine flächige Elektrode 22, die mit der Gegenelektrode 23 zusammenwirken kann. Das Oxid 27 ist in seiner Formgebung an die Formgebung der dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 10b der ersten Linse 10 angepasst, sodass das Oxid 27 ebenfalls eine gewölbte Form aufweist. 5 shows another optical imaging system according to the invention 100 in a cross-sectional view. The imaging system 100 is identical to the one in 1 formed system shown. The only difference to that in 1 shown optical imaging system 100 is that on the detector element 15 opposite side 10b the first lens 10 a transparent, electrically conductive oxide 27 is applied. The oxide covers all of the detector element 15 opposite side 10b the first lens 10 , The oxide 27 is with the wires 21a . 21b the vias 20a . 20b connected. The oxide 27 forms a flat electrode 22 that with the counter electrode 23 can interact. The oxide 27 is in its shape to the shape of the detector element 15 opposite side 10b the first lens 10 adjusted so that the oxide 27 also has a curved shape.

In 6 ist eine Draufsicht auf das optische Abbildungssystem der 5 gezeigt. Man erkennt, dass das Oxid 27 die gesamte dem Detektorelement 15 abgewandte Seite 10b der ersten Linse 10 bedeckt, da die erste Linse 10 in 6 nicht zu sehen ist. Das Oxid 27 weist in Draufsicht eine kreisförmige Gestalt auf. Der Durchmesser des Oxids 27 ist größer ausgebildet als der Durchmesser der ersten Linse 10 und der Durchmesser der Ausnehmung 13e des ersten Trägerelementes 13, jedoch kleiner als der äußere Durchmesser des ersten Trägerelementes 13.In 6 is a plan view of the optical imaging system of 5 shown. It can be seen that the oxide 27 the entire the detector element 15 opposite side 10b the first lens 10 covered, since the first lens 10 in 6 not visible. The oxide 27 has a circular shape in plan view. The diameter of the oxide 27 is larger than the diameter of the first lens 10 and the diameter of the recess 13e of the first carrier element 13 but smaller than the outer diameter of the first support member 13 ,

7 stellt ein weiteres optisches Abbildungssystem 100 der Erfindung dar. Dieses ist identisch zu dem System in 5 ausgebildet bis auf den Unterschied, dass das transparente, elektrisch leitfähige Oxid 27 nicht an der dem Detektorelement 15 abgewandten Seite 10b der ersten Linse 10, sondern auf der gegenüberliegenden, dem Detektorelement 15 zugewandten Seite 10a angeordnet ist. Das Oxid 27 ist in seiner Formgebung an die Formgebung der dem Detektorelement 15 zugewandten Seite 10a der ersten Linse 10 angepasst, sodass das Oxid 27 plattenförmig ausgebildet ist. Dabei ist das Oxid 27 derart angeordnet, dass es auf der der ersten Linse 10 zugewandten Seite 13a beider Trägerelementabschnitte 13c, 13d aufliegt und mit diesen verbunden ist. Die erste Linse 10 ragt an ihrem radial äußeren Ende 10c über das Oxid 27 herüber und ist in dem Bereich des radial äußeren Endes 10c mit dem ersten Trägerelement 13 in Kontakt. 7 represents another optical imaging system 100 This is identical to the system in FIG 5 formed except for the difference that the transparent, electrically conductive oxide 27 not at the detector element 15 opposite side 10b the first lens 10 but on the opposite, the detector element 15 facing side 10a is arranged. The oxide 27 is in its shape to the shape of the detector element 15 facing side 10a the first lens 10 adjusted so that the oxide 27 is plate-shaped. Here is the oxide 27 arranged so that it is on the first lens 10 facing side 13a both carrier element sections 13c . 13d is up and connected with them. The first lens 10 protrudes at its radially outer end 10c over the oxide 27 across and is in the area of the radially outer end 10c with the first carrier element 13 in contact.

In 8 ist ein weiteres optisches Abbildungssystem 100 der Erfindung abgebildet, das identisch zu dem System in 7 ausgebildet. Der Unterschied zu dem System der 7 ist, dass das erste Trägerelement 13 keine Durchkontaktierungen 19a, 19b umfasst. Dafür ist das erste Trägerelement 13 elektrisch leitfähig ausgebildet. In dem ersten Trägerelement 13 an der dem Detektorelement 15 zugewandten Seite 13b ist ein Bondrahmen 28 integriert. In 8th is another optical imaging system 100 of the invention, which is identical to the system in 7 educated. The difference to the system of 7 is that the first carrier element 13 no vias 19a . 19b includes. This is the first support element 13 electrically conductive formed. In the first carrier element 13 at the detector element 15 facing side 13b is a bond frame 28 integrated.

9 zeigt ein weiteres optisches Abbildungssystem 100, das identisch zu dem Abbildungssystem aus 8 ausgebildet ist. Lediglich die Gegenelektrode 23 ist im Gegensatz zu dem in 8 gezeigten System anders ausgeführt. Statt einer ringförmigen Elektrode ist die Gegenelektrode 23 analog zur Elektrode 22 aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid 27 gebildet, das großflächig auf dem Detektorelement 15, und zwar auf dessen der ersten Linse 10 zugewandten Seite 15a, ausgebildet ist. Dabei bedeckt das Oxid 27 mehr als 80 Prozent der Fläche der der ersten Linse 10 zugewandten Seite 15a, die nicht bereits durch das erste Trägerelement 13 abgedeckt ist. 9 shows another optical imaging system 100 which is identical to the imaging system 8th is trained. Only the counter electrode 23 is unlike the one in 8th shown differently system. Instead of an annular electrode is the counter electrode 23 analogous to the electrode 22 from a transparent, electrically conductive oxide 27 formed, the large area on the detector element 15 on the first lens 10 facing side 15a , is trained. This covers the oxide 27 more than 80 Percent of the area of the first lens 10 facing side 15a not already covered by the first support element 13 is covered.

Claims

Optical imaging system ( 100 ) comprising a micromechanical first lens ( 10 ) for breaking electromagnetic radiation, characterized in that the first lens ( 10 ) is deformable due to electrical and / or magnetic forces.

Optical imaging system ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the first lens ( 10 ) at least one polymer ( 12 ), in particular at least one photoresist ( 12a ).

Optical imaging system ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first lens ( 10 ) in direct contact with a magnetic material ( 25 ) or a magnetic material ( 25 ) is formed, wherein the first lens ( 10 ) is adapted, due to an interaction of the magnetic material ( 25 ) with a magnetic field.

Optical imaging system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first lens ( 10 ) is adapted to deform due to an electrical interaction with an electric field.

Optical imaging system ( 100 ) according to claim 4, characterized in that the first lens ( 10 ) for deformation due to electrical interaction with an electric field in direct contact with an electrode ( 22 ) or an electrode ( 22 ) is formed comprehensively.

Optical imaging system ( 100 ) according to claim 5, characterized in that the electrode ( 22 ) over a large area on at least one side ( 10a . 10b ) of the first lens ( 10 ) is applied.

Optical imaging system ( 100 ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the electrode ( 22 ) comprises a material transparent in the wavelength range to be detected.

Optical imaging system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical imaging system ( 100 ) comprises means for generating electrical or magnetic forces acting on the first lens.

Method for producing a lens wafer ( 14 . 14a . 14b ), comprising the following steps: a. Pre-structuring a suitable carrier wafer, b. Application of a polymer ( 12 c. Generation of a lens structure d. Applying and preferably patterning a layer of conductive, transparent material and e. in particular aftertreatment of the lens wafer ( 14 . 14a . 14b )

Method for producing optical imaging systems ( 100 ) according to any one of claims 1 to 8 and claim 9, comprising the following steps: a. Production of a lens wafer ( 14 . 14a . 14b ) according to claim 9, b. Pairing the lens wafer ( 14 . 14a . 14b ) with at least one further wafer by means of a wafer bonding process, c. Exposure of buried contacts and d. Separation of the bonded wafers into individual optical imaging systems ( 100 )