CN117441120A - 透镜单元、摄像装置以及内窥镜 - Google Patents

Abstract

透镜单元(1)具备：第一光学元件(10)，其包括第一玻璃基板(11)和树脂透镜(12)；第二光学元件(20)，其包括第二玻璃基板(21)和光圈层(40)；以及粘接层(50)，其将所述第一光学元件(10)与所述第二光学元件(20)粘接，且四个角部区域中的至少任意一个在所述第一光学元件(10)与所述第二光学元件(20)之间没有夹着所述光圈层(40)。

Description

透镜单元、摄像装置以及内窥镜

技术领域

本发明涉及透镜单元、摄像装置以及内窥镜，透镜单元具备在玻璃基板上配设有树脂透镜的混合透镜元件，摄像装置包括具有混合透镜元件的透镜单元，内窥镜具有摄像装置(包括具有混合透镜元件的透镜单元)。

背景技术

对于配设于内窥镜的前端部的摄像装置的透镜单元，为了实现低侵入化，细径化是很重要的。

在国际公开第2017/203592号中公开了能够高效地制造细径的透镜单元的晶片级层叠体即透镜单元。晶片级层叠体通过切断层叠晶片来制造，该层叠晶片由分别包括多个透镜元件的多个透镜晶片夹着粘接层层叠而成。

为了实现高性能化，优选透镜单元具有光圈。由金属构成的光圈层虽然遮光性高，但与粘接层的粘接性不高。因此，在切断层叠晶片时，有时会发生光圈层与粘接层的剥离，因此有可能制造不容易、或是可靠性降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017/203592号

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的实施方式的目的在于提供制造容易且可靠性高的透镜单元、制造容易且可靠性高的摄像装置、以及制造容易且可靠性高的内窥镜。

用于解决课题的手段

实施方式的透镜单元具备：第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

实施方式的摄像装置包括透镜单元和接收由所述透镜单元会聚而成的光学像的摄像单元，所述透镜单元具备：第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

实施方式的内窥镜具有摄像装置，所述摄像装置包括透镜单元和接收由所述透镜单元会聚而成的光学像的摄像单元，所述透镜单元具备：第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够提供制造容易且可靠性高的透镜单元、制造容易且可靠性高的摄像装置、以及制造容易且可靠性高的内窥镜。

附图说明

图1是第一实施方式的摄像装置的立体图。

图2是沿着图1的II-II线的剖视图。

图3是沿着图1的III-III线的剖视图。

图4是第一实施方式的透镜单元的包括光圈层的剖视图。

图5是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的分解剖视图。

图6是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的剖视图。

图7是用于说明第一实施方式的透镜单元的制造方法的包括光圈层的剖视图。

图8A是第一实施方式的变形例1的透镜单元的包括光圈层的剖视图。

图8B是第一实施方式的变形例2的透镜单元的包括光圈层的剖视图。

图9是第二实施方式的摄像装置的立体图。

图10是沿着图9的X-X线的剖视图。

图11A是第二实施方式的透镜单元的包括光圈层的剖视图。

图11B是第二实施方式的变形例的透镜单元的包括光圈层的剖视图。

图12是第三实施方式的内窥镜的立体图。

具体实施方式

<第一实施方式>

如图1至图3所示，实施方式的摄像装置2包括实施方式的透镜单元1和摄像单元60。标号O示出透镜单元1的光轴。摄像单元60接收由透镜单元1会聚而成的被摄体像并转换为摄像信号。

另外，在以下的说明中，基于各实施方式的附图是示意性的。各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比率以及相对角度等与现实的结构不同。在附图的彼此间也包括彼此的尺寸关系、比率不同的部分。省略一部分结构要素的图示。

透镜单元1具有一边为D的大致正方形的入射面1SA和入射面1SA的相反侧的出射面1SB。透镜单元1包括具有入射面1SA的第三光学元件30、第一光学元件10以及具有出射面1SB的第二光学元件20。第三光学元件30、第一光学元件10以及第二光学元件20依次层叠，并且它们的主面的尺寸大致相同。

第一光学元件10以第一玻璃基板11为基体，该第一玻璃基板11具有第一主面10SA和第一主面10SA的相反侧的第二主面10SB。第一光学元件10是在第二主面10SB具有由树脂构成的凸透镜12的混合透镜元件。

第二光学元件20以第二玻璃基板21为基体，第二玻璃基板21具有第三主面20SA和第三主面20SA的相反侧的第四主面20SB。第三主面20SA与第二主面10SB对置配置。第四主面20SB是透镜单元1的出射面1SB。第二光学元件20具有配设于第二玻璃基板21的第三主面20SA的由金属构成的光圈层40。第二玻璃基板21也可以是除去不需要的红外线(例如波长700nm以上的光)的玻璃滤光片。

第三光学元件30是以第三玻璃基板31为基体、在与入射面1SA相反的一侧的主面具有由树脂构成的凹透镜32的混合透镜元件。

第一玻璃基板11、第二玻璃基板21、第三玻璃基板31例如由硼硅酸玻璃、石英玻璃或蓝宝石玻璃构成。

第三光学元件30和第一光学元件10以及第一光学元件10和第二光学元件20分别通过由树脂构成的粘接层50而粘接在一起。

另外，本发明的透镜单元的结构不限于透镜单元1的结构，可根据规格进行设定。例如，透镜单元不仅可以具有透镜元件，而且可以具有规定透镜之间的距离的间隔元件以及多个光圈层。

在第二光学元件20的第四主面20SB(出射面1SB)，通过粘接层51粘接有摄像单元60。在摄像单元60中，盖玻璃63通过粘接层62粘接于摄像元件61。透镜单元1将被摄体像成像于摄像元件61。摄像元件61是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)受光元件或CCD(Charge Coupled Device)。

如图4所示，光圈层40的形状是外缘的四角处的角部被切除的正方形。如后所述，这是因为，外径为R的圆形的金属图案被4条切断线切断成宽度为L的正方形。光圈层40的中心的开口是光路。

在光圈层40的被切除的区域配设有粘接层50。换言之，与光轴垂直的截面形状为矩形的粘接层50的外缘的四个角部区域处，在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40。

如已经说明的那样，由树脂构成的粘接层50与由金属构成的光圈层40的粘接性不高。与此相对，粘接层50与树脂透镜12以及玻璃基板21的粘接性高。此外，粘接层50的在树脂透镜12与玻璃基板21之间没有夹着光圈层40的区域的残余应力减小。

透镜单元1的粘接层50的最容易产生剥离的四个角部区域没有夹着光圈层40。因此，透镜单元1的制造容易且可靠性高。

<制造方法>

如图5所示，透镜单元1是通过切断层叠晶片1W而制造的大致长方体的晶片级透镜单元，该层叠晶片1W是将分别以矩阵状配设有多个光学元件的多个透镜晶片层叠而成的。另外，下文中，以通过切断在层叠晶片1W配设有多个摄像单元60的层叠晶片2W来制造摄像装置2的方法为例进行说明。

通过在玻璃晶片11W上配设树脂透镜12来制作包括多个第一光学元件12的元件晶片10W。树脂透镜12的树脂优选使用能量固化型树脂。

能量固化型树脂通过从外部接受热、紫外线、电子束等能量，进行交联反应或聚合反应。能量固化型树脂例如由透明的紫外线固化型的硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂构成。另外，“透明”的意思是在使用波长范围内能够耐受使用的程度内，材料的光吸收和散射较少。

由于未固化，因此将液体状或凝胶状的树脂配设在玻璃晶片11W上，在按压了具有规定的内表面形状的凹部的模具的状态下，通过照射紫外线使树脂固化的模制法来制作树脂透镜12。另外，为了提高玻璃与树脂的界面紧密接触强度，优选对树脂配设前的玻璃晶片进行硅烷偶联处理等。通过与元件晶片10W相同的方法，制作元件晶片30W。

通过使用模制法而制造的树脂透镜的外表面形状是转印模具的内表面形状，因此能够容易地制作具有兼用作间隔件的外周部的结构以及非球面透镜。

例如，通过使用溅射法对配设在玻璃晶片21W的第三主面20SA上的金属层进行图案化来制作具有多个光圈层40的元件晶片20W。光圈层40以铬或钛为主要成分。“主要成分”的意思是90重量％以上。

可以在玻璃晶片21W上配设使用金属掩模而被形成了图案的多个光圈层40。如图7所示，元件晶片20W中的光圈层40是外径为R的圆形，并且在中心具有成为光路的开口。光圈层40的外径R被设计为比切断线CL的间隔、即透镜单元1的入射面1SA的宽度L大。

在元件晶片30W的树脂透镜32以及元件晶片10W的树脂透镜12上，使用转印法分别配设粘接层50。粘接层50也可以使用喷墨法来配设。粘接层50例如是热固化型的环氧树脂。粘接层50例如也可以是包含遮光性粒子的遮光层。通过将元件晶片30W、元件晶片10W、元件晶片20W层叠并粘接来制作层叠晶片1W。

使用粘接层50将多个摄像单元60粘接于层叠晶片1W，从而制作层叠晶片2W。摄像单元60通过切断摄像晶片来制造，该摄像晶片中，使用透明粘接层62将成为盖玻璃63的玻璃晶片粘接于包括多个摄像元件61的元件晶片。也可以将摄像晶片粘接于层叠晶片1W来制作层叠晶片2W。

如图6所示，层叠晶片2W通过被沿着格子状的切断线CL切断而单片化为多个摄像装置2(透镜单元1)。如图7所示，与光轴垂直的方向的截面形状为圆的光圈层40通过4条切断线CL而被切断为外形包括4条直线的大致圆形、换言之是四角被切成圆弧状的矩形。

透镜单元1的粘接层50的最容易产生剥离的四个角部区域没有夹着光圈层40。因此，透镜单元1的制造容易且可靠性高。

也可以通过将摄像单元60配设于切断层叠晶片1W而制造出的透镜单元1来制作摄像装置2。

<第一实施方式的变形例>

以下说明的实施方式以及变形例的透镜单元与透镜单元1类似且具有相同的功能，因此对相同功能的结构要素标注相同的标号并省略说明。

图8A所示的变形例1的透镜单元1A的光圈层40A以及图8B所示的变形例2的透镜单元1B的光圈层40B均切除了四个角部区域。

因此，将第一光学元件10和所述第二光学元件20粘接起来的粘接层50在四个角部区域在第一光学元件10与所述第二光学元件20之间没有夹着光圈层40A、40B。

具有透镜单元1A的摄像装置2A和具有透镜单元1B的摄像装置2C具有与摄像装置2相同的效果。

另外，在透镜单元1、1A、1B中，矩形的粘接层50的四个角部区域在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40。但是，即使是仅在粘接层50的一个角部区域在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40的透镜单元，与粘接层50的所有角部区域在第一光学元件10与第二光学元件20之间夹着光圈层40的透镜单元相比，当然也是容易制造且可靠性高。即，实施方式的粘接层50只要四个角部区域中的至少任意一个在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40即可。

<第二实施方式>

如图9、图10所示，本实施方式的摄像装置2C的光圈层40C没有在透镜单元1C的侧面露出。如图11A所示，光圈层40C的外径D小于透镜单元1C的宽度L。此外，粘接层50与光圈层40C在光轴方向上不重叠。另外，光圈层40的厚度d40与粘接层50的厚度d50大致相同

在透镜单元1C中，粘接层50在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40。因此，透镜单元1C与透镜单元1相比制造容易且可靠性高。

透镜单元1C在第三玻璃基板31C与树脂透镜32之间具有由金属构成的第二光圈层45。第二光圈层45与树脂透镜32之间的粘接强度高于第二光圈层45与粘接层50之间的粘接强度。因此，即使树脂透镜32的角部区域与第二光圈层45接触也没有问题。当然，第二光圈层45也可以与光圈层40同样地，使角部区域不在透镜单元的侧面露出。

图11B所示的变形例的透镜单元1D的光圈层40D的外形为正方形。光圈层40D的宽度L40小于透镜单元1C的宽度L。由于粘接层50在第一光学元件10与第二光学元件20之间没有夹着光圈层40，因此具有透镜单元1D的摄像装置2D具有与具有透镜单元1C的摄像装置2C相同的效果。

另外，只要与粘接层50重叠的光圈层40不在透镜单元1的侧面露出，则透镜单元也可以是侧面的角被倒角的大致棱柱或圆柱。

<第三实施方式>

如图12所示，本实施方式的内窥镜9包括前端部9A、从前端部9A延伸设置的插入部9B、配设于插入部9B的基端侧的操作部9C、以及从操作部9C伸出的通用缆线9D。

包括透镜单元1(1A～1D)的摄像装置2(2A～2D)被配设于前端部9A。从摄像装置2输出的摄像信号经由贯插通用缆线9D的线缆而被传送向处理器(未图示)。另外，从处理器向摄像装置2的驱动信号也经由贯插通用缆线9D的线缆而被传送。

如所说明的那样，透镜单元1(1A～1D)制造容易且可靠性高。因此，内窥镜9制造容易且可靠性高，

本发明并不限定于上述的实施方式等，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更、组合以及应用。

标号说明

1、1A～1D：透镜单元；

2、2A～2D：摄像装置；

9：内窥镜；

10：第一光学元件；

11：第一玻璃基板；

12：树脂透镜；

20：第二光学元件；

21：第二玻璃基板；

30：第三光学元件；

31：第三玻璃基板；

32：树脂透镜；

40：光圈层；

50：粘接层；

60：摄像单元。

Claims (7)

1.一种透镜单元，其特征在于，所述透镜单元具备：

第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；

第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及

粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

所述粘接层与所述光圈层在光轴方向上不重叠。

3.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，

所述粘接层的厚度与所述光圈层的厚度大致相同。

4.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

在所述粘接层的所述四个角部区域处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

5.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

所述光圈层以铬或钛为主要成分。

6.一种摄像装置，其特征在于，

所述摄像装置包括透镜单元和接收由所述透镜单元会聚而成的光学像的摄像单元，

所述透镜单元具备：

第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；

第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及

粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。

7.一种内窥镜，其特征在于，

所述内窥镜具有摄像装置，所述摄像装置包括透镜单元和接收由所述透镜单元会聚而成的光学像的摄像单元，

所述透镜单元具备：

第一光学元件，其包括第一玻璃基板和树脂透镜，所述第一玻璃基板具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，所述树脂透镜配设于所述第二主面；

第二光学元件，其包括第二玻璃基板和光圈层，所述第二玻璃基板具有第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第三主面与所述第二主面对置配置，所述光圈层配设于所述第三主面且由金属构成；以及

粘接层，其将所述第一光学元件与所述第二光学元件粘接起来，在四个角部区域中的至少任意一个处，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间没有夹着所述光圈层。