JP2011075836A - 素子アレイ、素子アレイ積層体、及び素子アレイ積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子アレイにおける素子のピッチ誤差を複数の素子アレイの積層工程で吸収し、積層方向に並ぶ素子群の調芯を高精度に行う。
【解決手段】素子アレイは、１次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有し、前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部が設けられている。複数の前記素子アレイを順次積層し、複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、前記治具に設けた複数の位置決め部のそれぞれを一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合させることにより、各群に含まれる複数の前記素子を一括して調芯し、その状態で各群に含まれる複数の前記素子を相互に接合する。
【選択図】図５

Description

本発明は、素子アレイ、素子アレイ積層体、及び素子アレイ積層体の製造方法に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子機器の携帯端末には、小型で薄型な撮像ユニットが搭載されている。このような撮像ユニットは、一般に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子と、固体撮像素子の受光領域に結像するレンズ群と、を備えている。

携帯端末の小型化・薄型化、そして携帯端末の普及により、それに搭載される撮像ユニットにも更なる小型化・薄型化が要請され、そして生産性が要求される。かかる要求に対して、多数のレンズ、及びこれらのレンズを相互に連結する連結部を、光硬化性又は熱硬化性の樹脂材料を用いて一体に形成してなるレンズアレイを複数積層し、レンズアレイ積層体を、積層方向に並ぶレンズ群を個々に含む複数のモジュールに分割して、これを量産する技術が提案されている（特許文献１参照）。

携帯電話等に搭載される撮像ユニットにおいて、レンズ群の調芯精度は典型的にはμｍオーダーの精度が要求される。そして、レンズ群の調芯精度は、レンズアレイにおけるレンズのピッチ精度に依存する。特許文献１に開示された技術では、例えば、樹脂材料の硬化の際の光強度や温度のばらつきの影響によって、レンズのピッチ誤差が生じ得る。また、樹脂材料を成形する型のレンズ成形面のピッチ誤差や、レンズアレイを離型する際のレンズアレイの変形も、レンズのピッチ誤差を生じさせる要因となる。これらの誤差要因が重なるため、特許文献１に開示された技術では、レンズアレイ全体にわたって、レンズのピッチ誤差をμｍオーダーに抑えることは困難であった。

上記の課題に関して、多数のレンズ、及びこれらのレンズを相互に連結する連結部を一体に形成してなるレンズアレイにおいて、連結部にスリットを形成して連結部にフレキシブル性を付与し、連結部の変形によってレンズのピッチ誤差を吸収する技術が提案されている（特許文献２参照）。

国際公開第０８／１５３１０２号 特開２００４−２２６８７２号公報

特許文献２に開示された技術において、連結部の変形は、レンズに案内用の凹凸部を設け、それらの嵌合によりなされている。凹凸部はレンズと同じ樹脂で形成されており、また、レンズが高密度に配列される場合に凹凸部は必然的に小型なものとなる。そのため、凹凸部に強度不足や摺動不良などの問題が生じ、十分な位置決めが行えず、レンズ群の調芯精度が低下する虞があった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、素子アレイにおける素子のピッチ誤差を複数の素子アレイの積層工程で吸収し、積層方向に並ぶ素子群の調芯を高精度に行うことにある。

（１） １次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有し、前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部が設けられている素子アレイ。
（２） １次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有する素子アレイの前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部を設け、複数の前記素子アレイを順次積層し、複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、前記治具に設けた複数の位置決め部のそれぞれを一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合させることにより、各群に含まれる複数の前記素子を一括して調芯し、その状態で各群に含まれる複数の前記素子を相互に接合する素子アレイ積層体の製造方法。

本発明によれば、素子に設けた係合部に位置決め用の治具を係合させることにより、素子のピッチを確実に規定することができる。それにより、素子アレイ積層体において、積層方向に並ぶ素子群の調芯を高精度に行うことができる。

本発明の実施形態を説明するための、素子アレイの一例を示す図である。 図１の素子アレイをＩＩ−ＩＩ線断面で示す図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、図１の素子アレイの製造方法の一例を示す図である。 図１の素子アレイの積層体を示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、図４の素子アレイ積層体の製造方法の一例を示す図である。 図１の素子アレイの変形例、及びその積層体、並びにその製造方法を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、素子アレイの他の例を示す図である。 図７の素子アレイをＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面で示す図である。 図７の素子アレイの積層体、及びその製造方法を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、素子アレイ積層体の他の例、及びその製造方法を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、素子アレイの他の例を示す図である。 図１２Ａ〜図１２Ｄは、図１１の素子アレイの製造方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための、素子アレイの他の例、及びその積層体を示す図である。 図１３の素子アレイ積層体において点線円ＸＩＶで囲まれる部分を拡大して示す図である。 図１３の素子アレイ積層体に含む一つの素子群を、その断面で示す図であり、素子群を構成する複数の素子の芯がズレた状態を示す図である。

図１及び図２は、素子アレイの一例を示す。図１及び図２に示す素子アレイは、レンズアレイである。

図１及び図２に示すように、レンズアレイ１は、複数のレンズ２と、支持体３と、を備えている。

レンズ２は、図示の例では、行列状に配列されている。なお、レンズ２の配列は、行列状には限られず、放射状、同心の円環状、その他の２次元の配列であってもよく、また、１次元の配列であってもよい。

レンズ２は、その表裏に所定の光学面１０ａ、１０ｂが形成されている。図示の例では、いずれも凸形状の球面となっているが、用途に応じて、凸形状の球面、凹形状の球面、非球面、又は平面の種々の組み合わせを採り得る。

また、レンズ２は、フランジ部１１を有する。フランジ部１１は、光学面１０ａ、１０ｂで挟まれる光学機能部１０の外周を包囲する枠状をなし、光学機能部１０を収容している。平面視におけるフランジ部１１の外形は、図示の例では矩形状となっているが、円形状、多角形状、等であってもよい。

フランジ部１１には、その厚み方向（レンズ２の並び方向である行方向及び列方向に直交する方向）に貫通する貫通孔１２が形成されている。図示の例では、貫通孔１２は、矩形状のフランジ部１１の四つの辺のそれぞれの中央部に設けられているが、その数、及び位置は特に限定されず、例えば、四つの角部にそれぞれ設けられていてもよいし、また、対となる二つの辺のうち一方の辺の両端にあたる二つの角部と他方の辺の中央部に設けられていてもよいし、また、対となる二つの角部にそれぞれ設けられていてもよい。

支持体３は、各レンズ２とその周囲のレンズ２との間の隙間を埋めるように形成されており、全体として網状（格子状）を呈している。支持体３は、レンズ２のフランジ部１１の四方の側面にそれぞれ接合されており、これらのレンズ２を相互に連結している。

レンズ２及び支持体３は、透光性の樹脂組成物で一体に形成されている。支持体３は、レンズ２に比べて十分に薄く形成され、フレキシブル性が付与されている。よって、レンズ２は、それらの並び方向（行方向及び列方向）に変位可能である。

レンズ２を形成する樹脂組成物としては、例えばエネルギー硬化性の樹脂組成物を好適に用いることができる。エネルギー硬化性の樹脂組成物は、熱により硬化する樹脂組成物、あるいは活性エネルギー線の照射（例えば紫外線、電子線照射）により硬化する樹脂組成物のいずれであってもよい。

レンズ２を形成する樹脂組成物は、モールド形状の転写適性等、成形性の観点から硬化前には適度な流動性を有していることが好ましい。具体的には常温で液体であり、粘度が１０００〜５００００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましい。

また、レンズ２を形成する樹脂組成物は、硬化後にはリフロー工程を通しても熱変形しない程度の耐熱性を有していることが好ましい。該観点から、硬化物のガラス転移温度は２００℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましく、３００℃以上であることが特に好ましい。樹脂組成物にこのような高い耐熱性を付与するためには、分子レベルで運動性を束縛することが必要であり、有効な手段としては、（１）単位体積あたりの架橋密度を上げる手段、（２）剛直な環構造を有する樹脂を利用する手段（例えばシクロヘキサン、ノルボルナン、テトラシクロドデカン等の脂環構造、ベンゼン、ナフタレン等の芳香環構造、９，９’-ビフェニルフルオレン等のカルド構造、スピロビインダン等のスピロ構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平９−１３７０４３号公報、同１０−６７９７０号公報、特開２００３−５５３１６号公報、同２００７−３３４０１８号公報、同２００７−２３８８８３号公報等に記載の樹脂）、（３）無機微粒子など高Ｔｇの物質を均一に分散させる手段（例えば特開平５−２０９０２７号公報、同１０−２９８２６５号公報等に記載）等が挙げられる。これらの手段は複数併用してもよく、流動性、収縮率、屈折率特性など他の特性を損なわない範囲で調整することが好ましい。

また、レンズ２を形成する樹脂組成物は、形状転写精度の観点からは硬化反応による体積収縮率が小さい樹脂組成物が好ましい。樹脂組成物の硬化収縮率としては１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、３％以下であることが特に好ましい。硬化収縮率の低い樹脂組成物としては、例えば（１）高分子量の硬化剤（プレポリマ−など）を含む樹脂組成物（例えば特開２００１−１９７４０号公報、同２００４−３０２２９３号公報、同２００７−２１１２４７号公報等に記載、高分子量硬化剤の数平均分子量は２００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、より好ましくは５００〜５０，０００の範囲であり、特に好ましくは１，０００〜２０，０００の場合である。また該硬化剤の数平均分子量／硬化反応性基の数で計算される値が、５０〜１０，０００の範囲にあることが好ましく、１００〜５，０００の範囲にあることがより好ましく、２００〜３，０００の範囲にあることが特に好ましい。）、（２）非反応性物質（有機/無機微粒子，非反応性樹脂等）を含む樹脂組成物（例えば特開平６−２９８８８３号公報、同２００１−２４７７９３号公報、同２００６−２２５４３４号公報等に記載）、（３）低収縮架橋反応性基を含む樹脂組成物（例えば、開環重合性基（例えばエポキシ基（例えば、特開２００４−２１０９３２号公報等に記載）、オキセタニル基（例えば、特開平８−１３４４０５号公報等に記載）、エピスルフィド基（例えば、特開２００２−１０５１１０号公報等に記載）、環状カーボネート基（例えば、特開平７−６２０６５号公報等に記載）等）、エン／チオール硬化基（例えば、特開２００３−２０３３４号公報等に記載）、ヒドロシリル化硬化基（例えば、特開２００５−１５６６６号公報等に記載）等）、（４）剛直骨格樹脂（フルオレン、アダマンタン、イソホロン等）を含む樹脂組成物（例えば、特開平９−１３７０４３号公報等に記載）、（５）重合性基の異なる２種類のモノマーを含み相互貫入網目構造（いわゆるＩＰＮ構造）が形成される樹脂組成物（例えば、特開２００６−１３１８６８号公報等に記載）、（６）膨張性物質を含む樹脂組成物（例えば、特開２００４−２７１９号公報、特開２００８−２３８４１７号公報等に記載）等を挙げることができ、本発明において好適に利用することができる。また上記した複数の硬化収縮低減手段を併用すること（例えば、開環重合性基を含有するプレポリマーと微粒子を含む樹脂組成物など）が物性最適化の観点からは好ましい。

また、レンズ２を形成する樹脂組成物は、高−低２種類以上のアッベ数の異なる樹脂の混合物が望まれる。高アッベ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が５０以上であることが好ましく、より好ましくは５５以上であり特に好ましくは６０以上である。屈折率（ｎｄ）は１．５２以上であることが好ましく、より好ましくは１．５５以上であり、特に好ましくは１．５７以上である。このような樹脂としては、脂肪族の樹脂が好ましく、特に脂環構造を有する樹脂（例えば、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の環構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平１０−１５２５５１号公報、特開２００２−２１２５００号公報、同２００３−２０３３４号公報、同２００４−２１０９３２号公報、同２００６−１９９７９０号公報、同２００７−２１４４号公報、同２００７−２８４６５０号公報、同２００８−１０５９９９号公報等に記載の樹脂）が好ましい。低アッベ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が３０以下であることが好ましく、より好ましくは２５以下であり特に好ましくは２０以下である。屈折率（ｎｄ）は１．６０以上であることが好ましく、より好ましくは１．６３以上であり、特に好ましくは１．６５以上である。このような樹脂としては芳香族構造を有する樹脂が好ましく、例えば９,９’−ジアリールフルオレン、ナフタレン、ベンゾチアゾール、ベンゾトリアゾール等の構造を含む樹脂（具体的には例えば、特開昭６０−３８４１１号公報、特開平１０−６７９７７号公報、特開２００２−４７３３５号公報、同２００３−２３８８８４号公報、同２００４−８３８５５号公報、同２００５−３２５３３１号公報、同２００７−２３８８８３号公報、国際公開第２００６／０９５６１０号、特許第２５３７５４０号公報等に記載の樹脂等）が好ましい。

また、レンズ２を形成する樹脂組成物には、屈折率を高めたり、アッベ数を調整したりするために、無機微粒子をマトリックス中に分散させることが好ましい。無機微粒子としては、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、硫化亜鉛等の微粒子を挙げることができる。特に上記高アッベ数の樹脂に対しては、酸化ランタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましく、低アッベ数の樹脂に対しては、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましい。無機微粒子は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。また、複数の成分による複合物であってもよい。また、無機微粒子には光触媒活性低減、吸水率低減などの種々の目的から、異種金属をドープしたり、表面層をシリカ、アルミナ等異種金属酸化物で被覆したり、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、有機酸（カルボン酸類、スルホン酸類、リン酸類、ホスホン酸類等）又は有機酸基を持つ分散剤などで表面修飾してもよい。無機微粒子の数平均粒子サイズは通常１ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすればよいが、小さすぎると物質の特性が変化する場合があり、大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となるため、１ｎｍ〜１５ｎｍが好ましく、２ｎｍ〜１０ｎｍが更に好ましく、３ｎｍ〜７ｎｍが特に好ましい。また、無機微粒子の粒子サイズ分布は狭いほど望ましい。このような単分散粒子の定義の仕方はさまざまであるが、例えば、特開２００６−１６０９９２号に記載されるような数値規定範囲が好ましい粒径分布範囲に当てはまる。ここで上述の数平均１次粒子サイズとは、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）装置あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで測定することができる。無機微粒子の屈折率としては、２２℃、５８９ｎｍの波長において、１．９０〜３．００であることが好ましく、１．９０〜２．７０であることが更に好ましく、２．００〜２．７０であることが特に好ましい。無機微粒子の樹脂に対する含有量は、透明性と高屈折率化の観点から、５質量％以上であることが好ましく、１０〜７０質量％が更に好ましく、３０〜６０質量％が特に好ましい。

樹脂組成物に微粒子を均一に分散させるためには、例えばマトリックスを形成する樹脂モノマーとの反応性を有する官能基を含む分散剤（例えば特開２００７−２３８８８４号公報実施例等に記載）、疎水性セグメント及び親水性セグメントで構成されるブロック共重合体（例えば特開２００７−２１１１６４号公報に記載）、あるいは高分子末端又は側鎖に無機微粒子と任意の化学結合を形成しうる官能基を有する樹脂（例えば特開２００７−２３８９２９号公報、特開２００７−２３８９３０号公報等に記載）等を適宜用いて微粒子を分散させることが望ましい。

また、また、レンズ２を形成する樹脂組成物には、シリコーン系、フッ素系、長鎖アルキル基含有化合物等の公知の離型剤やヒンダードフェノール等の酸化防止剤等の添加剤が適宜配合されていてもよい。

また、レンズ２を形成する樹脂組成物には、必要に応じて硬化触媒又は開始剤を配合することができる。具体的には、例えば特開２００５−９２０９９号公報（段落番号〔００６３〕〜〔００７０〕）等に記載の熱又は活性エネルギー線の作用により硬化反応（ラジカル重合あるいはイオン重合）を促進する化合物を挙げることができる。これらの硬化反応促進剤の添加量は、触媒や開始剤の種類、あるいは硬化反応性部位の違いなどによって異なり一概に規定することはできないが、一般的には硬化反応性樹脂組成物の全固形分に対して０．１〜１５質量％程度が好ましく、０．５〜５質量％程度がより好ましい。

レンズ２を形成する樹脂組成物は、上記成分を適宜配合して製造することができる。この際、液状の低分子モノマー（反応性希釈剤）等に他の成分を溶解することができる場合には別途溶剤を添加する必要はないが、このケースに当てはまらない場合には溶剤を用いて各構成成分を溶解することにより硬化性樹脂組成物を製造することができる。該硬化性樹脂組成物に使用できる溶剤としては、組成物が沈殿することなく、均一に溶解又は分散されるものであれば特に制限はなく適宜選択することができ、具体的には、例えば、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等）、エステル類（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等）、エーテル類（例えば、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等）アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール等）、芳香族炭化水素類（例えば、トルエン、キシレン等）、水等を挙げることができる。硬化性組成物が溶剤を含む場合には溶剤を乾燥させた後にモールド形状転写操作を行うことが好ましい。

図３Ａ〜図３Ｃは、上述のレンズアレイ１の製造方法の一例を示す。図３Ａ〜図３Ｃに示す例は、二色成形によりレンズ２及び支持体３を一体に形成するものである。

まず、成形型について説明する。成形型は、上型２０及び下型３０を備えている。上型２０の成形面２１には、レンズアレイ１におけるレンズ２の配列と同じ並びで、複数のレンズ成形部２２が行列状に配列されている。レンズ成形部２２は、レンズ２の表面形状を成形する。下型３０の成形面３１には、レンズアレイ１におけるレンズ２の配列と同じ並びで、複数のレンズ成形部３２が行列状に配列されている。レンズ成形部３２は、レンズ２の裏面形状を成形する。そして、レンズ成形部３２には、レンズ２のフランジ部１１に貫通孔１２を形成するための凸部３３が設けられている。

型２０、３０の材料は、レンズ２や支持体３を形成するエネルギー硬化性の樹脂材料に応じて適宜選択される。樹脂材料として熱硬化のものを用いた場合には、型の材料は、例えば熱伝導率に優れる金属材料や、赤外線を透過する材料が用いられる。また、樹脂材料として紫外線硬化のものを用いた場合には、型の材料は、例えば紫外線を透過する材料が用いられ、また、樹脂材料として電子線硬化のものを用いた場合には、型の材料は、その電子線を透過する材料が用いられる。

図３Ａに示すように、レンズ２及び支持体３を形成する樹脂材料Ｍを、下型３０の成形面３１に供給する。

次いで、図３Ｂに示すように、上型２０を降下させ、上型２０の成形面２１と下型３０の成形面３１との間で樹脂材料Ｍを挟んで圧縮し、樹脂材料Ｍを成形面２１、３１に倣って変形させる。

次いで、図３Ｃに示すように、樹脂材料Ｍにエネルギーを加えて硬化させ、レンズアレイ１を得る。対となるレンズ成形部２２、３２の間でレンズ２がそれぞれ形成される。また、レンズ成形部２２、３２を除く成形面２１、３１の間で支持体３が形成される。そして、下型３０の凸部３３によって、レンズ２のフランジ部１１には貫通孔１２が形成される。

図４は、素子アレイ積層体の一例を示す。図４に示す素子アレイ積層体は、図１のレンズアレイ１が複数積層されてなるレンズアレイ積層体である。

図４に示すように、レンズアレイ積層体４０は、２枚のレンズアレイ１ａ、１ｂが積層されて構成されている。なお、レンズアレイ１ａ、１ｂは、図１のレンズアレイ１と同様の構成をそれぞれ備えている。

レンズアレイ１ａ、１ｂの積層方向に並ぶ、レンズアレイ１ａに含む一つのレンズ２ａと、レンズアレイ１ｂに含む一つのレンズ２ｂとで、一つのレンズ群４１が構成される。レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態で接合される。レンズ２ａ、２ｂの接合は、いずれか又は双方のフランジ部１１に塗布された接着剤４２によりなされている。

図５Ａ及び図５Ｂは、図４のレンズアレイ積層体４０の製造方法の一例を示す。

図５Ａは、レンズアレイ１ａ、１ｂが積層される前の状態を示し、レンズアレイ１ａにおけるレンズ２ａのピッチと、レンズアレイ１ｂにおけるレンズ２ｂのピッチとにズレがある場合を示している。従って、レンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けられた貫通孔１２の中心軸にズレが生じており、また、レンズ２ａ、２ｂの光軸にズレが生じている。

図５Ｂに示すように、レンズアレイ１ａ、１ｂは、位置決め用の治具５０を用いて積層される。治具５０は、複数のピン５１を備えている。レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けられ、積層方向に並ぶ貫通孔１２に跨ってピン５１が挿通される。それに伴い、レンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けられ、積層方向に並ぶ貫通孔１２は、ピン５１に沿って整列される。その際、レンズ２ａは、レンズアレイ１ａに含む支持体３を適宜伸縮させながら、ピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。同様に、レンズ２ｂも、レンズアレイ１ｂに含む支持体３を適宜伸縮させながら、ピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。それにより、レンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態に配置される。なお、レンズ２ａ、２ｂの積層方向の位置決めは、レンズ２ａは治具５０への当接により、また、レンズ２ｂはレンズ２ａへの当接によりなされる。図示の例のように、ピン５１の先端部をテーパ状とし、又は貫通孔１２の開口部をテーパ状とすることにより、貫通孔１２へのピン５１の挿通が容易となる。

このように、レンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けた貫通孔１２に跨って治具５０のピン５１を挿通することにより、レンズ２ａ、２ｂのピッチを確実に規定することができる。それにより、レンズアレイ積層体４０において、レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂの調芯を高精度に行うことができる。

図６は、図１のレンズアレイ１の変形例、及びその積層体、並びにその製造方法を示す。

図６に示すように、レンズアレイ１ａに含むレンズ２ａに設けられた貫通孔１２、及びレンズアレイ１ｂに含むレンズ２ｂに設けられた貫通孔１２は、それぞれテーパ状に形成されている。そして、レンズ２ａに設けられた貫通孔１２と、レンズ２ｂに設けられた貫通孔１２とで、一続きのテーパ状の孔を構成するようになっている。これに対応して、治具５０のピン５１もまた、テーパ状に形成されている。

レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けられ、積層方向に並ぶ貫通孔１２に跨ってピン５１が挿通される。それに伴い、レンズ２ａ、２ｂは、ピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。それにより、レンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態に配置される。更に、レンズ２ａ、２ｂは、テーパ状の貫通孔１２とテーパ状のピン５１との嵌合により、積層方向についてもピン５１により位置決めされる。

このように、レンズ２ａ、２ｂの積層方向の位置決めを、テーパ状の貫通孔１２とテーパ状のピン５１との嵌合により行うことで、レンズ２ａ、２ｂを接合する接着剤４２の硬化収縮に伴うレンズ群４１の高さ寸法のバラツキを抑制することができる。

図７及び図８は、素子アレイの他の例を示す。

図７及び図８に示すように、レンズアレイ１０１は、複数のレンズ２と、支持体３と、を備えている。

レンズ２は、図示の例では、行列状に配列されている。支持体３は、各レンズ２とその周囲のレンズ２との間の隙間を埋めるように形成されており、全体として網状（格子状）を呈している。支持体３は、レンズ２のフランジ部１１の周面にそれぞれ接合されており、これらのレンズ２を相互に連結している。

フランジ部１１には、上述のレンズアレイ１における貫通孔１２（図１参照）は形成されておらず、支持体３においてフランジ部１１の四方の側面にそれぞれ隣接する位置に貫通孔１１２が形成されている。

図９は、図７のレンズアレイ１０１が複数積層されてなるレンズアレイ積層体、及びその製造方法を示す。

図９に示すように、レンズアレイ積層体１４０は、２枚のレンズアレイ１０１ａ、１０１ｂが積層されて構成されている。なお、レンズアレイ１０１ａ、１０１ｂは、図７のレンズアレイ１０１と同様の構成をそれぞれ備えている。

レンズアレイ１０１ａ、１０１ｂの積層方向に並ぶ、レンズアレイ１０１ａに含む一つのレンズ２ａと、レンズアレイ１０１ｂに含む一つのレンズ２ｂとで、一つのレンズ群４１が構成される。レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態で接合される。レンズ２ａ、２ｂの接合は、いずれか又は双方のフランジ部１１に塗布された接着剤４２によりなされる。

レンズアレイ１０１ａ、１０１ｂは、位置決め用の治具１５０を用いて積層される。治具１５０は、複数の挟持部１５１を備えている。挟持部１５１は、レンズアレイ１０１ａにおけるレンズ２ａやレンズアレイ１０１ｂにおけるレンズ２ｂと同じ並びで行列状に配列されている。挟持部１５１は、行方向に対向する一対の弾性片１５２、及び列方向に対向する一対の弾性片１５２を有している（図９には、行方向に対向する一対の弾性片１５２のみ示されている）を有している。これらの弾性片１５２の弾性は、レンズアレイ１０１ａに含む支持体３、及びレンズアレイ１０１ｂに含む支持体３の合成の弾性よりも高くなっている。

行方向に対向する一対の弾性片１５２、及び列方向に対向する一対の弾性片１５２は、レンズ２ａを行方向及び列方向に弾性的に挟持する。更に、これらの弾性片１５２は、レンズアレイ１０１ａに含む支持体３に設けられた貫通孔１１２を通して、レンズ２ａと共にレンズ群４１を構成するレンズ２ｂに達し、同様にレンズ２ｂを行方向及び列方向に弾性的に挟持する。それに伴い、レンズ２ａ、２ｂの四方の側面は、弾性片１５２に沿って整列される。その際、レンズ２ａは、レンズアレイ１０１ａに含む支持体３を適宜伸縮させながら、弾性片１５２に従って行方向及び列方向に位置決めされる。同様に、レンズ２ｂも、レンズアレイ１０１ｂに含む支持体３を適宜伸縮させながら、弾性片１５２に従って行方向及び列方向に位置決めされる。それにより、レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態に配置される。

このように、弾性片１５２による弾性的な挟持によってレンズ２ａ、２ｂの位置決めを行うことにより、レンズ２ａ、２ｂに過大な力が加わることがなく、よって、レンズ２ａ、２ｂの変形や破損を防止することができる。

なお、上述の例では、行方向に対向する一対の弾性片１５２、及び列方向に対向する一対の弾性片１５２でレンズ２ａ、２ｂを四方から拘束するものとして説明したが、これに限らず、三方から拘束することによってもレンズ２ａ、２ｂを行方向及び列方向に位置決めすることができる。

図１０は、素子アレイ積層体の他の例、及びその製造方法を示す。

図１０に示すように、素子アレイ積層体２４０は、２枚のレンズアレイ１ａ、１ｂと、カバー部材２５０と、センサアレイ２６０とを備えている。レンズアレイ１ａ、１ｂは、図１のレンズアレイ１と同様の構成をそれぞれ備えている。素子アレイ積層体２４０は、センサアレイ２６０の上にレンズアレイ１ａ、１ｂ、及びカバー部材２５０が順次積層されて構成されている。

センサアレイ２６０は、シリコンなどの半導体材料で形成されたウエハ２６１を有している。そして、ウエハ２６１上には、複数の固体撮像素子２６２が形成されている。固体撮像素子２６２は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどであり、ウエハ２６１に対して周知の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、不純物添加工程、等を繰り返し、ウエハ２６１上に受光領域、絶縁膜、電極、配線、等を形成して構成されている。固体撮像素子２６２は、レンズアレイ１ａにおけるレンズ２ａやレンズアレイ１ｂにおけるレンズ２ｂと同じ並びで配列されている。

カバー部材２５０は、図示の例では、ガラスなどの透光性の材料で形成された平板状の部材であって、下層のレンズアレイ１ｂに含むレンズ２ｂを保護している。なお、カバー部材２５０は、光学素子のアレイとすることもでき、例えば、下層のレンズアレイ１ｂに含むレンズ２ｂに入射する光量を調節する絞りを配列したものとすることもできる。

積層方向に並ぶ、レンズアレイ１ａに含む一つのレンズ２ａと、レンズアレイ１ｂに含む一つのレンズ２ｂとで、一つのレンズ群４１が構成される。そして、積層方向に並ぶ、センサアレイ２６０に含む一つの固体撮像素子２６２と、一つのレンズ群４１と、カバー部材２５０においてこれらの固体撮像素子２６２やレンズ群４１を覆う部分とで、一つの撮像ユニット２４２が構成される。

カバー部材２５０は、複数のピン５１を有しており、レンズアレイ１ａ、１ｂは、カバー部材２５０を用いて積層される。レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂのそれぞれに設けられ、積層方向に並ぶ貫通孔１２に跨ってピン５１が挿通される。その際、レンズ２ａは、レンズアレイ１ａに含む支持体３を適宜伸縮させながら、ピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。同様に、レンズ２ｂも、レンズアレイ１ｂに含む支持体３を適宜伸縮させながら、ピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。それにより、レンズ群４１を構成するレンズ２ａ、２ｂは、それらの光軸が合った状態に配置される。そして、レンズアレイ１ａ、１ｂ、及びカバー部材２５０の積層体がセンサアレイ２６０に積層され、複数の撮像ユニット２４２が一括して構成される。

このように、素子アレイ積層体２４０を構成するカバー部材２５０を、同じく素子アレイ積層体２４０を構成するレンズアレイ１ａ、１ｂのそれぞれに含むレンズ２ａ、２ｂの位置決め用の治具として用いることにより、レンズアレイ１ａ、１ｂの積層後に治具を外す手間を省くことができる。

図１１は、素子アレイの他の例を示す。図１１に示す素子アレイは、レンズアレイである。

図１１に示すように、レンズアレイ３０１は、複数のレンズ２と、支持体３０３と、を備えている。

レンズ２は、図示の例では、行列状に配列されている。レンズ２のフランジ部１１には、位置決め用の治具５０のピン５１（図５参照）が挿通される貫通孔１２が形成されている。支持体３０３は、各レンズ２とその周囲のレンズ２との間の隙間を埋めるように形成されており、全体として網状（格子状）を呈している。支持体３０３は、レンズ２のフランジ部１１の周面にそれぞれ接合されており、これらのレンズ２を相互に連結している。

支持体３０３は、レンズ２を形成する材料より弾力性に富む（伸縮性に富む）材料で形成され、フレキシブル性が付与されている。よって、レンズ２は、それらの並び方向（行方向及び列方向）に変位可能である。

支持体３０３を形成する材料は、上記のレンズ２を形成する材料より弾力性に富む材料である限りにおいて特に限定されないが、例えば、オレフィン系樹脂にシリカやポリイミド等の耐熱素材のフィラーを混練したものを用いることができる。

図１２Ａ〜図１２Ｄは、上述のレンズアレイ３０１の製造方法の一例を示す。図１２Ａ〜図１２Ｄに示す例は、二色成形により複数のレンズ２及び支持体３０３を一体に形成するものである。

レンズアレイ３０１を成形する成形型は、上述のレンズアレイ１を成形する成形型（図３参照）と同一であり、上型２０及び下型３０を備えている。

図１２Ａに示すように、レンズ２を形成する樹脂材料Ｍ１を、下型３０のレンズ成形部３２にそれぞれ滴下する。

次いで、図１２Ｂに示すように、レンズ成形部３２を除く下型３０の成形面３１上に、支持体３０３を形成する樹脂材料Ｍ２を供給する。

次いで、図１２Ｃに示すように、上型２０を降下させ、上型２０の成形面２１と下型３０の成形面３１との間で樹脂材料Ｍ１、Ｍ２を挟んで圧縮し、樹脂材料Ｍ１、Ｍ２を成形面２１、３１に倣って変形させる。

次いで、図１２Ｄに示すように、樹脂材料Ｍ１、Ｍ２にエネルギーを加えて硬化させ、レンズアレイ３０１を得る。対となるレンズ成形部２２、３２の間でレンズ２がそれぞれ形成される。また、レンズ成形部２２、３２を除く成形面２１、３１の間で支持体３０３が形成される。これらのレンズ２と支持体３０３とは、相互に接合された状態で一体に形成される。そして、下型３０の凸部３３によって、レンズ２のフランジ部１１には貫通孔１２が形成される。

なお、上述の例は、レンズ２及び支持体３０３をいずれも樹脂材料の注型・圧縮により形成するものであるが、これに限定されるものではない。例えば、レンズ２は注型・圧縮により形成し、支持体３０３は、レンズ２の形成で成形型が閉じられた状態で、キャビティに樹脂材料を射出して形成することもできる。また、レンズ２を個々に作製しておき、これらのレンズ２をインサートして、支持体３０３を注型・圧縮又は射出により形成することもできる。いずれの場合においても、レンズ２や支持体３０３に気泡が混入するのを防止するために、真空環境下で行うことが好ましい。

このように、複数のレンズ２を連結する支持体３０３を、レンズ２を形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成することにより、レンズ２のピッチ誤差を吸収するに足る十分なフレキシブル性を支持体３０３に容易に確保することができる。

なお、支持体として、レンズ２を形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成されたシートを用い、このシートの一方の表面に複数のレンズ２を接合して、これらのレンズ２を相互に連結するようにしてもよい。

図１３は、素子アレイの他の例、及びその積層体を示す。図１３に示す素子アレイは、医療診断用のマイクロ化学チップが複数配列されたマイクロ化学チップアレイであり、また、図１３に示す素子アレイ積層体は、マイクロ化学チップアレイが複数積層されて構成されたマイクロ化学チップアレイ積層体である。

図１３に示すように、マイクロ化学チップアレイ積層体４４０は、二つのマイクロ化学チップアレイ４０１ａ、４０１ｂが積層されて構成されている。

マイクロ化学チップアレイ４０１ａは、複数のマイクロ化学チップ４０２ａと、支持体としての複数の弾性片４０３とを備えている。マイクロ化学チップアレイ４０１ｂは、複数のマイクロ化学チップ４０２ｂと、支持体としての複数の弾性片４０３とを備えている。マイクロ化学チップアレイ４０１ａ、及びマイクロ化学チップアレイ４０１ｂの各部の構成は基本的に共通するので、以下、一方のマイクロ化学チップアレイ４０１ａについて説明する。

マイクロ化学チップアレイ４０１ａにおいて、マイクロ化学チップ４０２ａは、図示の例では、行列状に配列されている。なお、マイクロ化学チップ４０２ａの配列は、行列状には限られず、放射状、同心の円環状、その他の２次元の配列であってもよく、また、１次元の配列であってもよい。

弾性片４０３は、隣り合う二つのマイクロ化学チップ４０２ａの間にそれぞれ設けられている。弾性片４０３は、それを挟む二つのマイクロ化学チップ４０２ａの対向面にその端部を接合され、これら二つのマイクロ化学チップ４０２ａを相互に連結している。

弾性片４０３は、フレキシブル性を有しており、よって、マイクロ化学チップ４０２ａは、それらの並び方向（行方向及び列方向）に変位可能である。弾性片４０３のフレキシブル性は、例えば、マイクロ化学チップ４０２ａに比べて弾性片４０３を十分に薄く形成することにより得ることができる。また、二つのマイクロ化学チップ４０２ａにおける接合箇所を結ぶ直線に対して弾性片４０３を蛇行して形成するようにしてもよく、蛇行状から直線状に、また直線状から蛇行状への変形によって、フレキシブル性を得ることができる。また、マイクロ化学チップ４０２ａを形成する材料より弾力性に富む（伸縮性に富む）材料で弾性片４０３を形成し、フレキシブル性を得るようにしてもよい。

図１４は、図１３のマイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂを拡大して示す。

図１４に示すように、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂには、厚み方向に貫通する貫通孔４１２がそれぞれ形成されている。図示の例では、貫通孔４１２は、四つの角部にそれぞれ設けられている。これらの貫通孔４１２には、位置決め用の治具５０のピン５１（図５参照）が挿通される。

また、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂには、サンプル液が流通される微細な流路４１３が形成されている。マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂそれぞれに形成された流路４１３は、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂが積層された際に連通する。流路４１３は、典型的には数μｍ〜数百μｍの幅に形成される。そして、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂの調芯に求められる精度は、典型的には数μｍ以下である。

図１５は、図１４のマイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂが、それらの芯がズレて積層された状態を示す。

図１５に示すように、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂが、それらの芯がズレて積層された場合に、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂのそれぞれに設けられた流路４１３の接続箇所には、段差部４１４が生じる。そこにサンプル液が流通されると、エア溜まりが形成され、また、サンプル液溜まりが形成されて、診断に必要なサンプル液量を増大させるといった問題が生じ得る。

マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂのそれぞれに設けられた貫通孔４１２に跨って治具５０のピン５１（図５参照）が挿通されることにより、マイクロ化学チップアレイ４０１ａ、４０１ｂにそれぞれ含む弾性片４０３を適宜伸縮させながら、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂはピン５１に従って行方向及び列方向に位置決めされる。それにより、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂの調芯がなされ、マイクロ化学チップ４０２ａ、４０２ｂのそれぞれに設けられた流路４１３は、段差部４１４を生じさせることなく接続され、上記の問題は解消される。

以上、説明したように、本明細書に開示された素子アレイは、１次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有し、前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部が設けられている。

また、本明細書に開示された素子アレイは、前記係合部は、貫通孔である。

また、本明細書に開示された素子アレイは、前記貫通孔は、テーパ孔である。

また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体は、前記素子を形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成されている。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体は、上記いずれかの素子アレイを複数備え、これらの素子アレイが順次積層された素子アレイ積層体であって、複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、各群に含まれる複数の前記素子が、それらの前記係合部を前記積層方向に整列させた状態で、相互に接合されている。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体は、積層された複数の前記素子アレイの上に積層されるカバー部材を更に備え、前記カバー部材は、複数の位置決め部を有し、前記位置決め部は、一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合している。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体の製造方法は、１次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有する素子アレイの前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部を設け、複数の前記素子アレイを順次積層し、複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、前記治具に設けた複数の位置決め部のそれぞれを一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合させることにより、各群に含まれる複数の前記素子を一括して調芯し、その状態で各群に含まれる複数の前記素子を相互に接合する。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体の製造方法は、前記係合部は、貫通孔であり、また、前記位置決め部は、ピンであり、前記ピンを一の群に含まれる複数の前記素子の前記貫通孔に跨って挿通させる。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体の製造方法は、前記貫通孔は、テーパ孔であり、また、前記ピンは、テーパピンである。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体の製造方法は、前記位置決め部は、前記素子を少なくとも三方から弾性的に挟持する複数で一組をなす弾性片であり、前記支持体において素子の周囲に形成した貫通孔を通して、一組の前記弾性片で、一の群に含まれる複数の前記素子を挟持する。

また、本明細書に開示された素子アレイ積層体の製造方法は、積層された複数の前記素子アレイの上に更にカバー部材を積層し、前記カバー部材に複数の前記位置決め部を設け、このカバー部材を前記治具として用いる。

１、１ａ、１ｂ レンズアレイ（素子アレイ）
２、２ａ、２ｂ レンズ（素子）
３ 支持体
１０ 光学機能部
１０ａ、１０ｂ 光学面
１１ フランジ部
１２ 貫通孔（係合部）
４０ レンズアレイ積層体（素子アレイ積層体）
４１ レンズ群
５０ 治具
５１ ピン
１０１、１０１ａ、１０１ｂ レンズアレイ（素子アレイ）
１１２ 貫通孔
１４０ レンズアレイ積層体（素子アレイ積層体）
１５０ 治具
１５１ 挟持部
１５２ 弾性片
２４０ 素子アレイ積層体
２４２ 撮像ユニット
２５０ カバー部材
３０１ レンズアレイ（素子アレイ）
３０３ 支持体
４０１ａ、４０１ｂ マイクロ化学チップアレイ（素子アレイ）
４０２ａ、４０２ｂ マイクロ化学チップ
４０３ 弾性片（支持体）
４１２ 貫通孔（係合部）
４４０ マイクロ化学チップアレイ積層体（素子アレイ積層体）

Claims (11)

1. １次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有し、
   前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部が設けられている素子アレイ。
2. 請求項１に記載の素子アレイであって、
   前記係合部は、貫通孔である素子アレイ。
3. 請求項２に記載の素子アレイであって、
   前記貫通孔は、テーパ孔である素子アレイ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の素子アレイであって、
   前記支持体は、前記素子を形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成されている素子アレイ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の素子アレイを複数備え、これらの素子アレイが順次積層された素子アレイ積層体であって、
   複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、各群に含まれる複数の前記素子が、それらの前記係合部を前記積層方向に整列させた状態で、相互に接合されている素子アレイ積層体。
6. 請求項５に記載の素子アレイ積層体であって、
   積層された複数の前記素子アレイの上に積層されるカバー部材をさらに備え、
   前記カバー部材は、複数の位置決め部を有し、
   前記位置決め部は、一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合している素子アレイ積層体。
7. １次元又は２次元に配列される複数の素子と、前記複数の素子をそれらの並び方向に変位可能に相互に連結する支持体と、を有する素子アレイの前記素子に、それらのピッチを規定する位置決め用の治具との係合部を設け、
   複数の前記素子アレイを順次積層し、
   複数の前記素子アレイの積層方向に並ぶ複数の前記素子を一群として、前記治具に設けた複数の位置決め部のそれぞれを一の群に含まれる複数の前記素子の前記係合部に跨って係合させることにより、各群に含まれる複数の前記素子を一括して調芯し、その状態で各群に含まれる複数の前記素子を相互に接合する素子アレイ積層体の製造方法。
8. 請求項７に記載の素子アレイ積層体の製造方法であって、
   前記係合部は、貫通孔であり、また、前記位置決め部は、ピンであり、
   前記ピンを一の群に含まれる複数の前記素子の前記貫通孔に跨って挿通させる素子アレイ積層体の製造方法。
9. 請求項８に記載の素子アレイ積層体の製造方法であって、
   前記貫通孔は、テーパ孔であり、また、前記ピンは、テーパピンである素子アレイ積層体の製造方法。
10. 請求項８に記載の素子アレイ積層体の製造方法であって、
    前記位置決め部は、前記素子を少なくとも三方から弾性的に挟持する複数で一組をなす弾性片であり、
    前記支持体において素子の周囲に形成した貫通孔を通して、一組の前記弾性片で、一の群に含まれる複数の前記素子を挟持する素子アレイ積層体の製造方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載の素子アレイ積層体の製造方法であって、
    積層された複数の前記素子アレイの上にさらにカバー部材を積層し、
    前記カバー部材に複数の前記位置決め部を設け、このカバー部材を前記治具として用いる素子アレイ積層体の製造方法。

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