CN117546069A - 透镜单元、摄像装置、内窥镜及透镜单元的制造方法 - Google Patents

透镜单元、摄像装置、内窥镜及透镜单元的制造方法 Download PDF

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CN117546069A CN202180098934.1A CN202180098934A CN117546069A CN 117546069 A CN117546069 A CN 117546069A CN 202180098934 A CN202180098934 A CN 202180098934A CN 117546069 A CN117546069 A CN 117546069A
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Abstract

透镜单元(1)具备第一光学元件(10)，该第一光学元件(10)包括：第一玻璃基板(11)，其具有第一主面(11SA)和第二主面(11SB)，在外缘的四角中的至少任一角具有从所述第一主面(11SA)至所述第二主面(11SB)的槽(T11)；第一树脂(55)，其配置于所述第一玻璃基板(11)的所述槽(T11)中；以及树脂透镜(12)，其配置于所述第二主面(11SB)。

Description

透镜单元、摄像装置、内窥镜及透镜单元的制造方法
技术领域
本发明涉及具有在玻璃基板配置有树脂透镜的混合透镜元件的透镜单元、包含具有混合透镜元件的透镜单元的摄像装置、具有包含具有混合透镜元件的透镜单元的摄像装置的内窥镜、以及具有混合透镜元件的透镜单元的制造方法，其中所述透镜单元。
背景技术
为了低侵入化，配置于内窥镜的前端部的摄像装置的透镜单元的细径化是很重要的。
在国际公开第2017/203592号中公开了如下方法：通过将分别包含多个光学元件的光学晶片层叠而成的层叠晶片切断，高效地制造作为晶片级层叠体的细径的透镜单元。
包含有在玻璃晶片配置有多个树脂透镜的混合透镜晶片的层叠晶片在切断时，在玻璃晶片中可能出现缺口。因此，不容易进行包含混合透镜的透镜单元的制造。另外，若被切断的混合透镜的玻璃基板存在缺口，则透镜单元的可靠性有可能降低。
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、制造容易且可靠性高的内窥镜以及制造容易且可靠性高的透镜单元的制造方法。
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，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在四角中的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
实施方式的摄像装置具有透镜单元，所述透镜单元具备第一光学元件，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在外缘的四角的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
实施方式的内窥镜包括具有透镜单元和摄像单元的摄像装置，所述透镜单元具备第一光学元件，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在外缘的四角的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
实施方式的透镜单元的制造方法包括如下工序：在至少一个玻璃晶片形成配置成格子状的多个孔；在所述多个孔中填充第一树脂；通过在所述玻璃晶片配置多个树脂透镜来制作第一透镜晶片；以及沿着切断线对包含所述第一透镜晶片的层叠晶片进行划片，所述切断线包含填充有所述第一树脂的所述多个孔。
实施方式的透镜单元的制造方法包括如下工序：制作多个透镜晶片，所述多个透镜晶片分别在玻璃晶片配置有多个树脂透镜；在包含所述多个透镜晶片的层叠晶片形成配置成格子状的多个孔；在所述多个孔中填充第一树脂；以及沿着格子状的切断线对所述层叠晶片进行划片，所述切断线包含填充有所述第一树脂的所述多个孔。
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、制造容易且可靠性高的内窥镜以及制造容易且可靠性高的透镜单元的制造方法。
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是第一实施方式的摄像装置的制造方法的流程图。
图4A是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的俯视图。
图4B是沿着图4A的IVB-IVB线的剖视图。
图5A是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的俯视图。
图5B是沿着图5A的VB-VB线的剖视图。
图6A是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的俯视图。
图6B是沿着图6A的VIB-VIB线的剖视图。
图7A是用于说明第一实施方式的摄像装置的制造方法的俯视图。
图7B是沿着图7A的VIIB-VIIB线的剖视图。
图8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9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10是第二实施方式的摄像装置的立体图。
图11是沿着图10的XI-XI线的剖视图。
图12是第三实施方式的透镜单元的立体图。
图13是用于说明第三实施方式的透镜单元的制造方法的剖视图。
图14是第四实施方式的摄像装置的立体图。
图15是第五实施方式的内窥镜的立体图。
具体实施方式
<第一实施方式>
图1、图2所示的实施方式的摄像装置2包含实施方式的透镜单元1和摄像单元60。标号O表示透镜单元1的光轴。摄像单元60接收由透镜单元1会聚的被摄体像并转换为摄像信号。
此外，在以下的说明中，基于各实施方式的附图是示意性的图。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实际的结构不同。在附图相互间也包含彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。省略一部分构成要素的图示。
透镜单元1是大致长方体，具备具有入射面1SA的第一光学元件10、第二光学元件20、第三光学元件30、以及具有入射面1SA的相反侧的出射面1SB的第四光学元件40。第一光学元件10、第二光学元件20、第三光学元件30和第四光学元件40按该顺序层叠。
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具有作为入射面1SA的第一主面11SA和第一主面11SA的相反侧的第二主面11SB。第一光学元件10是在第二主面11SB具有作为凹透镜的树脂透镜12的混合透镜元件。在第二主面11SB配置有由以铬或钛为主成分的金属构成的光圈层45。
第二光学元件20以第二玻璃基板21为基体，该第二玻璃基板21具有第三主面21SA和第三主面21SA的相反侧的第四主面21SB。第三主面21SA与第二主面11SB相对配置。第二光学元件20是在第三主面21SA具有作为凸透镜的树脂透镜22的混合透镜元件。
第三光学元件30以第三玻璃基板31为基体，该第三玻璃基板31具有第五主面31SA和第五主面31SA的相反侧的第六主面31SB。第五主面31SA与第四主面21SB相对配置。第三光学元件30是在第五主面31SA具有作为凸透镜的树脂透镜32的混合透镜元件。
第四光学元件40是第四玻璃基板40，该第四玻璃基板40具有第七主面41SA和第七主面41SA的相反侧的作为出射面1SB的第八主面41SB。第七主面41SA与第六主面31SB相对配置。第四光学元件40是去除不需要的红外线(例如波长700nm以上的光)的玻璃滤光片。
第一玻璃基板11、第二玻璃基板21、第三玻璃基板31、第四玻璃基板40例如由硼硅酸玻璃、石英玻璃或蓝宝石玻璃构成。
第一光学元件10与第二光学元件20、第二光学元件20与第三光学元件30、以及第三光学元件30与第四光学元件40分别通过由树脂构成的粘接层50粘接。
另外，本发明的透镜单元的结构不限于本实施方式的透镜单元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和多个光圈层。
在第四光学元件40的第八主面41SB(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：互补金属氧化物半导体)受光元件或CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)。
第一玻璃基板11在第一主面11SA(第二主面11SB)的外缘的四角具有从第一主面11SA至第二主面11SB的切口部即槽T11。在槽T11中填充有第一树脂55。填充了第一树脂55的第一主面11SA(第二主面11SB)为大致正方形。
如后所述，第一玻璃基板11通过将第一玻璃晶片11W切断而制作。第一玻璃晶片11W在成为第一玻璃基板11的四角的区域(切断线交叉的区域)具有孔H11，在孔H11填充有第一树脂55(参照图8)。孔H11通过切断而成为槽T11。由于在切断时容易产生缺口的四角填充有第一树脂55，因此透镜单元1及摄像装置2的制造容易，且玻璃基板没有缺口，因此可靠性高。另外，第一玻璃基板11是透镜单元1的多个玻璃基板中的、具有在切断时最容易产生缺口的入射面1SA的玻璃基板。
<制造方法>
透镜单元1是通过将层叠晶片1W切断而制造的大致长方体的晶片级光学单元，该层叠晶片1W是将分别呈矩阵状地配置有多个光学元件的多个透镜晶片层叠而成的。
以下，按照图3的流程图，以通过在层叠晶片1W配置有多个摄像单元60的层叠晶片2W的切断来制造摄像装置2的方法为例进行说明。
<工序S10>孔形成
如图4A、图4B所示，玻璃晶片11W具有第一主面11SA和第一主面11SA的相反侧的第二主面11SB。在玻璃晶片11W以格子状形成多个孔H11。孔H11使用蚀刻加工或钻孔加工而形成。
在使用了KOH或TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液等碱性水溶液的各向同性湿式蚀刻加工中，孔H11的壁面倾斜。例如，第一主面11SA的开口比第二主面11SB大，另一方面，在钻孔加工和深挖反应性离子蚀刻(D-RIE)加工中，孔H11的壁面相对于第一主面11SA垂直。穴H11的开口可以为矩形。
<工序S20>树脂填充
如图5A、图5B所示，向多个孔H11分别填充第一树脂55。在使用例如喷墨法将作为热固化型或紫外线固化型的环氧树脂的第一树脂55配置于多个孔H11中之后进行固化处理。在第一树脂55从孔H11突出、或还配置在孔H11的周围的情况下，例如进行研磨加工或灰化加工。在通过研磨加工对玻璃晶片11W的主面进行研磨的情况下，将玻璃晶片11W的厚度设定成使研磨后的厚度成为规格的厚度。
<工序S30>树脂透镜配置
如图6A、图6B所示，在玻璃晶片11W的第二主面11SB，在配置树脂透镜前配置光圈层45。例如，通过对使用溅射法设置于第二主面11SB的金属层进行图案化来制造多个光圈层45。光圈层45以铬或钛为主成分。“主成分”是指90重量％以上。此外，光圈层45不是必需的构成要素。
如图7A和图7B所示，通过在玻璃晶片11W的设置有光圈层的第二主面11SB设置树脂透镜12来制造第一透镜晶片10W。树脂透镜12的第二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。例如由透明的紫外线固化型的硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂构成。需要说明的是，“透明”是指材料的光吸收和散射少到在使用波长范围内能够耐受使用的程度。
由于未固化，因此在玻璃晶片11W配置液体状或凝胶状的树脂，通过在按压具有规定的内表面形状的凹部的模具的状态下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密合强度，优选对配置树脂前的玻璃晶片进行硅烷偶联处理等。
由于通过使用模制方法制造的树脂透镜的外表面形状被转印了模具的内表面形状，所以可以容易地制造具有也用作间隔件的外周部的构造和非球面透镜。
<工序S40>晶片层叠
如图8所示，透镜晶片20W和30W以与透镜晶片10W相同的方式制造。透镜晶片20W以具有第三主面21SA和第三主面21SA的相反侧的第四主面21SB的玻璃晶片21W为基体。在第三主面配置有多个树脂透镜22。透镜晶片30W以具有第五主面31SA和第五主面31SA的相反侧的第六主面31SB的玻璃晶片31W为基体。在第五主面31SA配置有多个树脂透镜32。滤光片晶片40W具有第七主面41SA和第七主面41SA的相反侧的第八主面41SB。滤光片晶片40W也可以是配置有多层膜滤光片的玻璃晶片。
通过使用转印法在透镜晶片10W的树脂透镜12、透镜晶片20W的树脂透镜22和透镜晶片30W的树脂透镜32分别设置粘接层50。还在透镜晶片30W的第六主面31SB和滤光片晶片40W的第七主面41SA中的至少一方设置粘接层50。
也可以使用喷墨法来配置粘接层50。粘接层50例如是热固化型的环氧树脂。配置于树脂透镜22等的粘接层50例如也可以是包含遮光性粒子的遮光层。将光学元件晶片(透镜晶片)10W-40W层叠并粘接，由此制作层叠晶片1W。
<工序S50>摄像单元配置
使用粘接层51将多个摄像单元60粘接于光学元件晶片40W的第八主面41SB，由此制作层叠晶片2W。通过将使用透明粘接剂将玻璃晶片粘接于包含多个受光电路的摄像元件晶片而成的摄像晶片切断来制造摄像单元60。此外，也可以将摄像晶片粘接于层叠晶片1W来制作层叠晶片2W。
<工序S60>切断
如图9所示，在层叠晶片1W中，将第一透镜晶片10W的入射面1SA(第一主面11SA)贴附到划片带90等固定构件。然后，从出射面1SB(第八主面41SB)侧沿着包含填充有第一树脂55的多个孔H11的切断线CL对层叠晶片2W划片成格子状，由此单片化为多个摄像装置2(透镜单元1)。当将层叠晶片1W切断时，孔H11成为从第一玻璃基板11的第一主面11SA至第二主面11SB的槽T11。
摄像装置2是在晶片级法中制造的，因此为细径且容易制造。此外，对于在切断层叠晶片1W时特别容易发生玻璃基板的破碎的、被贴附于划片带90的第一透镜晶片10W，玻璃基板11的成为四角的区域是孔H11，并且孔H11中填充有第一树脂55。因此，透镜单元1及摄像装置2的制造容易，且玻璃基板没有缺口，因此可靠性高。
可以通过将摄像单元60配置在通过层叠晶片1W的切断而制造的透镜单元1中来制造摄像装置2。
在透镜单元1中，在第一玻璃基板11的四角全部具有槽T11，在槽T11中填充有树脂55。然而，当然，与在第一玻璃基板11的四角不具有槽的透镜单元相比，在第一玻璃基板11的四角中的仅一角具有槽T11并且槽T11中填充有树脂55的透镜单元更容易制造并且更可靠。即，第一玻璃基板11只要在第一主面11SA的四角的至少任一角具有填充有树脂的槽T11即可。
<第二实施方式>
以下说明的实施方式的摄像装置及透镜单元与第一实施方式的摄像装置2及透镜1单元类似，具有相同的效果，因此对相同功能的构成要素标注相同的附图标记并省略说明。
对于图10及图11所示的本实施方式的透镜单元1A，第二玻璃基板21、第三玻璃基板31及第四玻璃基板41也与第一玻璃基板11同样地，在各自的四角的第二槽T21、第三槽T31、第四槽T41中分别填充有第一树脂55。
即，例如，在成为第二玻璃基板21的玻璃晶片21W形成配置成格子状的多个孔，在多个孔中填充第一树脂55。
对于透镜单元1A，第二玻璃基板21、第三玻璃基板31以及第四玻璃基板41也与第一玻璃基板11同样地，在层叠晶片的切断时不易产生缺口，因此制造容易且可靠性高。
<第三实施方式>
对于图12所示的本实施方式的透镜单元1B，树脂透镜12、树脂透镜22、树脂透镜32及粘接层50的外缘的四角的角也被切除。即，透镜单元1B在四角的从入射面1SA至出射面1SB的方槽T1中填充有第一树脂55。
如图13所示，在透镜单元1B的制造方法中，在层叠之前不在透镜晶片10W等中形成孔。在层叠晶片1W的状态下，以格子状形成从出射面1SB至入射面1SA的孔H1W。开口为圆形的孔H1W例如使用钻头95形成。然后，在孔H1W中填充树脂55之后，将层叠晶片1W切断，由此孔H1W成为方槽T1。
透镜单元1B与在多个透镜晶片10W、20W、30W、40W分别形成孔并填充树脂的透镜单元1A相比，制造容易且可靠性高。通过在透镜单元1A配置摄像单元60来制造摄像装置2A。摄像装置2A与摄像装置2相比，制造容易且可靠性高。
＜第四实施方式>
图14所示的本实施方式的透镜单元1C不仅在四角的角中具有槽，在4个侧面1SS也分别具有从入射面1SA至出射面1SB的侧面槽TS1，在侧面槽TS1中也填充有树脂55。与方槽T1同样，通过将层叠晶片的孔切断而形成侧面槽TS1。侧面槽TS1的宽度、即层叠晶片的孔的直径也可以小于方槽T1的宽度。也可以是，四个侧面1SS中的至少任一个侧面1SS具有从入射面1SA至出射面1SB的侧面槽TS1，在侧面槽TS1中也填充有树脂55。
填充于侧面槽TS1中的树脂55具有保护树脂透镜12、22、32的功能。
＜第五实施方式>
图15所示的本实施方式的内窥镜9包含前端部9A、从前端部9A延伸设置的插入部9B、配置在插入部9B的基端侧的操作部9C、以及从操作部9C延伸的通用缆线9D。在前端部9A配置有包括透镜单元1(1A-1C)的摄像装置2(2A-2C)。从摄像装置2输出的摄像信号经由插通有通用缆线9D的线缆而传送到处理器(未图示)。另外，从处理器向摄像装置2的驱动信号也经由插通有通用缆线9D的线缆而被传送。
内窥镜9的插入部9B可以是软性的软性镜，插入部9B也可以是硬性的硬性镜。另外，内窥镜9的用途可以是医疗用，也可以是工业用。
内窥镜9具备包含透镜单元1(1A-1C)的摄像装置2(2A-2C)，因此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-1C…透镜单元
2…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
22…树脂透镜
30…第三光学元件
31…第三玻璃基板
32…树脂透镜
40…第四光学元件
45…光圈层
50…粘接层
51…粘接层
55…第一树脂
60…摄像单元
90…划片带
95…钻头

Claims (12)

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，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在外缘的四角中的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，所述第一玻璃基板在所述四角全部具有所述槽，
在全部的所述槽中配置有所述第一树脂。
3.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，
具有入射面和所述入射面的相反侧的出射面，
所述第一主面是所述入射面。
4.根据权利要求3所述的透镜单元，其特征在于，
还具备第二光学元件和粘接层，
所述第二光学元件包括第二玻璃基板，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，与所述第二主面大致相同大小的所述第三主面与所述第二主面相对配置，
所述粘接层粘接所述第一光学元件和所述第二光学元件。
5.根据权利要求4所述的透镜单元，其特征在于，所述第二光学元件在所述第二玻璃基板的外缘的四角中的至少任一角具有从所述第三主面至所述第四主面的第二槽，所述第二光学元件包含配置于所述第二玻璃基板的所述第二槽中的所述第一树脂。
6.根据权利要求5所述的透镜单元，其特征在于，在所述四角的至少任一角具有从所述入射面至所述出射面的方槽，在所述方槽配置有所述第一树脂。
7.根据权利要求6所述的透镜单元，其特征在于，所述透镜单元具有四个侧面，所述侧面中的至少任一个侧面具有从所述入射面至所述出射面的第二侧面槽，在所述侧面槽填充有所述树脂。
8.一种摄像装置，其具有透镜单元，其特征在于，
所述透镜单元具备第一光学元件，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在外缘的四角的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
9.一种内窥镜，其包括具有透镜单元和摄像单元的摄像装置，其特征在于，
所述透镜单元具备第一光学元件，所述第一光学元件包括：第一玻璃基板，其具有第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面，在外缘的四角的至少任一角具有从所述第一主面至所述第二主面的槽；第一树脂，其配置于所述第一玻璃基板的所述槽；以及树脂透镜，其配置于所述第二主面。
10.一种透镜单元的制造方法，其特征在于，所述透镜单元的制造方法包括如下工序：
在至少一个玻璃晶片形成配置成格子状的多个孔；
在所述多个孔中填充第一树脂；
通过在所述玻璃晶片配置多个树脂透镜来制作第一透镜晶片；以及
沿着切断线对包含所述第一透镜晶片的层叠晶片进行划片，所述切断线包含填充有所述第一树脂的所述多个孔。
11.根据权利要求10所述的透镜单元的制造方法，其特征在于，在所述第一透镜晶片贴附于划片带的状态下对所述层叠晶片进行划片。
12.一种透镜单元的制造方法，其特征在于，所述透镜单元的制造方法包括如下工序：
制作多个透镜晶片，所述多个透镜晶片分别在玻璃晶片配置有多个树脂透镜；
在包含所述多个透镜晶片的层叠晶片形成配置成格子状的多个孔；
在所述多个孔中填充第一树脂；以及
沿着格子状的切断线对所述层叠晶片进行划片，所述切断线包含填充有所述第一树脂的所述多个孔。
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