JP4502719B2 - Optical element and optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the optical element.
従来、両方ともガラス材料で製作された本体及び誘導部材を直接ガラス接合によって接合する接合技術が知られている。例えば、誘導部材及び本体のそれぞれの接合面に、有機アルカリ溶液を介在させ、誘導部材及び本体の接合面を合わせて、接合面に対して3kP〜1MP程度の圧力を加えて適当な時間の間放置する方法、ガラスの徐冷点以上まで誘導部材及び本体の温度を上げて誘導部材及び本体の接合面を融着させて接合させる融着法、550℃以上の融着温度で高融点ガラスによって誘導部材及び本体を接合させる方法、比較的低温で加熱しながら低融点ガラスによって誘導部材及び本体を接合させる方法、ホウケイ酸ガラス層を接合面に設けてホウケイ酸ガラス層に電圧を印加させて誘導部材及び本体を接合させる陽極接合の方法などが知られている。 Conventionally, a joining technique is known in which a main body and an induction member both made of a glass material are joined by direct glass joining. For example, an organic alkaline solution is interposed between the joint surfaces of the induction member and the main body, the joint surfaces of the induction member and the main body are combined, and a pressure of about 3 kP to 1 MP is applied to the joint surface for an appropriate time. A method of leaving the glass, a fusion method in which the temperature of the induction member and the main body is increased to a temperature above the annealing point of the glass and the bonding surfaces of the induction member and the main body are fused, and the high melting point glass is used at a fusion temperature of 550 ° C. or higher. A method of bonding the induction member and the main body, a method of bonding the induction member and the main body with a low melting point glass while heating at a relatively low temperature, an induction by applying a voltage to the borosilicate glass layer by providing a borosilicate glass layer on the bonding surface An anodic bonding method for bonding a member and a main body is known.
また、光学系の薄型化を目的としてレンズアレイを用い、焦点距離を短くした複眼光学系が知られている。レンズアレイの各レンズの径が微小である場合、光入射角度が10度以上になると光が隣接するレンズの光路(レンズ径)に侵入する。このため、隣接するレンズからの斜入射光が平行光に混合されると光のクロストークが発生する。この光のクロストークを防止する光学系として、レンズアレイに鏡筒を接合した光学素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の光学素子においては、レンズアレイの各レンズ径が微小である場合、このレンズ径に対応する数mmから10mm程度の厚さの鏡筒を低コストで製造し、かつレンズアレイを鏡筒に対して高精度に位置決めし、固定することは困難であった。 However, in the conventional optical element described above, when each lens diameter of the lens array is very small, a lens barrel having a thickness of several mm to 10 mm corresponding to the lens diameter is manufactured at low cost, and the lens array is It has been difficult to position and fix the lens barrel with high accuracy.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、光学構成部品を支持体に対して高精度に位置決めし、固定することが可能となるコストを低減した光学素子及び光学素子の製造方法を提供することを主たる目的とする。 The present invention is intended to solve such a problem, and an optical element capable of positioning and fixing an optical component with high accuracy with respect to a support and a manufacturing method of the optical element with reduced costs. The main purpose is to provide
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ガラスにより形成された光学構成部品と、シリコンにより形成された複数の開口部を有する信号分離隔壁と、を有し、前記信号分離隔壁は、一方の端面において前記光学構成部品と接合されており、他方の端面において受光素子が接合されるものであって、前記光学構成部品と前記信号分離隔壁とはガラス接合により接合されており、前記光学構成部品に入射した光は前記光学構成部品より出射し、前記信号分離隔壁における各々の前記開口部を通過し、前記開口部に対応する前記受光素子に入射するものであることを特徴とする光学素子である。 One aspect of the present invention for achieving the above object includes an optical component formed of glass and a signal separation partition having a plurality of openings formed of silicon, and the signal separation partition includes: is joined with Oite the optical components in the one end face, there is the light receiving element is joined at the other end face are joined by glass bonding between the optical components and the signal separating partitions, the light incident on the optical component is emitted from the optical components, passes through the opening in each of said signal separating partitions, characterized in der Rukoto those incident on the light receiving elements corresponding to the opening It is an optical element.
この一態様において、二酸化ケイ素、ケイ酸塩又はガラスを含む層からなる上記支持体の端面と上記光学構成部品とが直接ガラス接合により接合されている。これにより、光学構成部品を支持体に対して高精度に位置決めし、固定することが可能となり、さらにコスト低減することができる。 In this embodiment, the end face of the support composed of a layer containing silicon dioxide, silicate or glass is bonded to the optical component by direct glass bonding. This makes it possible to position and fix the optical component with respect to the support with high accuracy, and to further reduce the cost.
また、本発明の一態様は、ガラスにより形成された2つの光学構成部品と、シリコンにより形成された複数の開口部を有する信号分離隔壁と、を有し、前記信号分離隔壁は、一方の端面において前記光学構成部品の一方と接合されており、他方の端面において前記光学構成部品の他方と接合されており、前記光学構成部品と前記信号分離隔壁とはガラス接合により接合されており、前記一方の光学構成部品に入射した光は前記一方の光学構成部品より出射し、前記信号分離隔壁における各々の前記開口部を通過し、前記開口部に対応する前記他方の光学構成部品に入射するものであることを特徴とする光学素子である。これにより、上記支持体と上記光学構成部品とは、簡易且つ高精度に位置決めされる。 One embodiment of the present invention includes two optical components formed of glass and a signal separation partition having a plurality of openings formed of silicon, and the signal separation partition has one end surface. The optical component is bonded to one of the optical components, and the other end surface is bonded to the other of the optical component, and the optical component and the signal separating partition are bonded by glass bonding, The light incident on the optical component is emitted from the one optical component, passes through each opening in the signal separation partition, and enters the other optical component corresponding to the opening. There is an optical element. Thereby, the said support body and the said optical component are positioned easily and with high precision.
また、本発明の一態様は、前記光学構成部品はマイクロレンズアレイであって、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズと、前記信号分離隔壁に設けられた開口部とは、1対1で対応していることを特徴とする光学素子である。 According to another aspect of the present invention, the optical component is a microlens array , and the microlens constituting the microlens array and the opening provided in the signal separation partition have a one-to-one correspondence. It is the optical element characterized by the above.
また、本発明の一態様は、前記マイクロレンズアレイにおける前記信号分離隔壁との接合面は、前記マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズ間に設けられており、前記マイクロレンズアレイにおける前記信号分離隔壁との接合面と、前記信号分離隔壁における前記マイクロレンズアレイとの接合面には、前記接合をするための嵌合部が設けられていることを特徴とする光学素子である。 In one embodiment of the present invention , a joint surface with the signal separation partition wall in the microlens array is provided between each microlens constituting the microlens array, and the signal separation in the microlens array is performed. The optical element is characterized in that a fitting portion for the bonding is provided on a bonding surface with the partition wall and a bonding surface with the microlens array in the signal separation partition wall.
上記支持体がケイ素であることから、支持体の加工壁面に光を反射しない面を副次的に形成することができる。すなわち、支持体の加工壁面に特別な表面処理を施す必要がなく、光学素子のコストを低減することができる。 Since the support is silicon, a surface that does not reflect light can be formed as a secondary on the processed wall of the support. That is, it is not necessary to perform a special surface treatment on the processed wall surface of the support, and the cost of the optical element can be reduced.
また、本発明の一態様は、光学構成部品をガラスにより形成する工程と、シリコン基板にフォトレジストを塗布し、露光マスクを用いて露光及び現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、前記レジストパターンの形成されていない領域のシリコンをドライエッチングにより除去することにより複数の開口部を有する信号分離隔壁を形成する工程と、前記光学構成部品と前記信号分離隔壁の一方の端面とをガラス接合により接合する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法である。 Another embodiment of the present invention is a method in which an optical component is formed of glass, a photoresist is applied to a silicon substrate, and exposure and development are performed using an exposure mask to form a resist pattern. The step of forming a signal separation partition having a plurality of openings by removing silicon in a region where the pattern is not formed by dry etching, and the optical component and one end face of the signal separation partition by glass bonding A method for manufacturing an optical element .
上記目的を達成するための本発明の関連技術は、シリコン又はガラス製の光学構成部品と、上記光学構成部品を支持する支持体と、を備える光学素子において、上記支持体の端面に二酸化ケイ素、ケイ酸塩又はガラスを含む層を形成する層形成工程と、上記層が形成された上記支持体の端面と上記ガラス製の光学構成部品とを直接ガラス接合により接合する接合工程と、を備えることを特徴とする光学素子の製造方法である。
In order to achieve the above object, the related art of the present invention provides an optical element comprising: an optical component made of silicon or glass; and a support that supports the optical component. Silicon dioxide is provided on an end surface of the support, A layer forming step for forming a layer containing silicate or glass, and a bonding step for directly bonding the end surface of the support on which the layer is formed and the optical component made of glass by glass bonding. This is a method for manufacturing an optical element.
なお、この一態様において、上記層形成工程と上記接合工程との間に、上記支持体の端面と上記光学構成部品の接合面とを嵌合させて、上記支持体と上記光学構成部品とを位置決めする位置決め工程を更に含むのが好ましい。 In this embodiment, between the layer forming step and the joining step, the end surface of the support and the joining surface of the optical component are fitted, and the support and the optical component are Preferably, the method further includes a positioning step of positioning.
本発明によれば、光学構成部品を支持体に対して高精度に位置決めし、固定することが可能となるコストを低減した光学素子又は光学素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical component which can position and fix an optical component with respect to a support body with high precision, or the manufacturing method of an optical element which reduced the cost can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、薄型画像入力システムTOMBO(Thin Observation Module by Bound Optics)の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The basic concept of the thin image input system TOMBO (Thin Observation Module by Bound Optics), the main hardware configuration, the operating principle, the basic control method, and the like are known to those skilled in the art, and detailed description thereof is omitted. To do.
図1は本発明の光学素子の一例である薄型画像入力システムTOMBOを示している。図1に示す薄型画像入力システム2の光学素子4は、121(11×11)個のガラス製のマイクロレンズ6aからなるマイクロレンズアレイ等の光学構成部品6と、一方の端面に二酸化ケイ素SiO2を含む層を有し、この一方の端面がマイクロレンズアレイ6に接合され、各マイクロレンズからの光を区画する支持体としての信号分離隔壁8とを備えている。信号分離隔壁8の他方の端面には、各マイクロレンズ6aからの光を受光するCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)等の受光素子アレイ10が接合されている。ここで、受光素子アレイ10は2層のポリシリコン層、3層のメタル層により構成されている。また、受光素子アレイ10の画素ピッチは12.5μm、画素配置数は320×240=76800(個)となっている。さらに、受光素子アレイ10の基板表面には、酸化膜SiO2が形成されている。 FIG. 1 shows a thin image input system TOMBO which is an example of the optical element of the present invention. The optical element 4 of the thin image input system 2 shown in FIG. 1 includes an optical component 6 such as a microlens array composed of 121 (11 × 11) glass microlenses 6a, and silicon dioxide SiO 2 on one end face. And one end face is bonded to the microlens array 6 and includes a signal separation partition wall 8 as a support for partitioning light from each microlens. A light receiving element array 10 such as a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) that receives light from each microlens 6 a is joined to the other end face of the signal separation partition 8. Here, the light receiving element array 10 is composed of two polysilicon layers and three metal layers. The pixel pitch of the light receiving element array 10 is 12.5 μm, and the number of arranged pixels is 320 × 240 = 76800 (pieces). Further, an oxide film SiO 2 is formed on the substrate surface of the light receiving element array 10.
一つのマイクロレンズ6aと36個の受光素子10aが対をなし、信号分離隔壁8により区画され、いわゆる1ユニットが構成されている。よって、薄型画像入力システム2は121のユニットで構成されている。このような薄型画像入力システム2には、画像がマイクロレンズアレイ6を介して受光素子アレイ10に反転して結像される。 One microlens 6a and 36 light receiving elements 10a make a pair and are partitioned by a signal separation partition wall 8 to constitute a so-called one unit. Therefore, the thin image input system 2 is composed of 121 units. In such a thin image input system 2, an image is inverted and formed on the light receiving element array 10 via the microlens array 6.
受光素子アレイ10には、インターフェース回路を介してコンピュータが接続されている。受光素子アレイ10は受光した光を電気信号に変換し、インターフェース回路に送信する。インターフェース回路は、受信した電気信号に対しアナログ/デジタル変換等の処理を施し、この処理が施された電気信号をコンピュータに送信する。コンピュータは、受信した電気信号に基づいて、画像再配置法等により画像再構成処理を行い、高解像度の2次元画像又は3次元画像を再生する。ここで画素再配置法の処理は、以下のようにして行われる。まず、コンピュータは各ユニットからの画像に対し幾何パラメータを推定する。次にコンピュータはユニット画像上の画素を、推定された幾何パラメータと光学系の配置に基づいて仮想画像上にマッピングする。また、コンピュータはマッピングされた仮想画像上の画素に対して補完処理を施す。さらに、コンピュータは補完処理された仮想画像に対しデジタルフィルタリング処理を施し、処理された画像を出力画像とする。なお、上記処理において、複数のマイクロレンズ6aに入射する光の入射角度の差を考慮して処理を行うと3次元画像を再生することができる。 A computer is connected to the light receiving element array 10 via an interface circuit. The light receiving element array 10 converts the received light into an electrical signal and transmits it to the interface circuit. The interface circuit performs processing such as analog / digital conversion on the received electrical signal, and transmits the electrical signal subjected to this processing to the computer. The computer performs image reconstruction processing by an image rearrangement method or the like based on the received electrical signal, and reproduces a high-resolution two-dimensional image or three-dimensional image. Here, the processing of the pixel rearrangement method is performed as follows. First, the computer estimates geometric parameters for images from each unit. The computer then maps the pixels on the unit image onto the virtual image based on the estimated geometric parameters and the placement of the optical system. In addition, the computer performs complement processing on the pixels on the mapped virtual image. Further, the computer performs a digital filtering process on the complemented virtual image, and uses the processed image as an output image. In the above process, if the process is performed in consideration of the difference in the incident angles of light incident on the plurality of microlenses 6a, a three-dimensional image can be reproduced.
次に薄型画像入力システム2の光学素子4の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the optical element 4 of the thin image input system 2 will be described.
図2は、図1における薄型画像入力システム2のA−A’方向の線断面図であり、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8と受光素子アレイ10とを接合した状態を示す図である。また、図2は、光学素子4の3つのユニットを拡大した図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view in the A-A ′ direction of the thin image input system 2 in FIG. 1 and shows a state in which the microlens array 6, the signal separation partition 8, and the light receiving element array 10 are joined. FIG. 2 is an enlarged view of the three units of the optical element 4.
マイクロレンズアレイ6は、低膨張ガラスであるネオセラム(日本電気ガラス社製)により形成されている。まずネオセラムに半導体用感光性材料層を形成し、形成された半導体用感光性材料層に対し、複数枚のマスクからなる濃度分布マスクについて順に位置合わせ及び露光を行うフォトリソグラフィ工程により3次元初期構造体を形成する。その後、形成された3次元初期構造体の形状に従ってネオセラムをエッチングし、所望形状のマイクロレンズアレイ6を形成する。さらに、マイクロレンズアレイ6の表面に可視光波長における反射防止膜を形成する。なお、形成された反射防止膜の最上層は二酸化ケイ素SiO2を含む層とする。 The microlens array 6 is formed of Neoceram (Nippon Electric Glass Co., Ltd.), which is a low expansion glass. First, a semiconductor photosensitive material layer is formed on neo-serum, and a three-dimensional initial structure is formed by a photolithography process in which a concentration distribution mask composed of a plurality of masks is sequentially aligned and exposed to the formed semiconductor photosensitive material layer. Form the body. Thereafter, neoceram is etched according to the shape of the formed three-dimensional initial structure to form a microlens array 6 having a desired shape. Further, an antireflection film for visible light wavelengths is formed on the surface of the microlens array 6. The uppermost layer of the formed antireflection film is a layer containing silicon dioxide SiO 2 .
なお、濃度分布マスクは、異なる露光領域ごとに作成された複数枚のマスクにより構成され、各マスクの露光領域は透明基板上に2次元の光強度分布を有する遮光パターンが形成されている。各露光領域は適当な形状及び大きさの単位セルにより隙間なく分割されている。各マスクの各単位セル内の遮光パターンは、その透過光量又は遮光量が感光性材料パターンの対応した位置の高さに応じた値となるように設定されている。 The density distribution mask is composed of a plurality of masks created for different exposure areas, and a light shielding pattern having a two-dimensional light intensity distribution is formed on the transparent substrate in each exposure area of each mask. Each exposure region is divided by a unit cell having an appropriate shape and size without a gap. The light shielding pattern in each unit cell of each mask is set so that the transmitted light amount or the light shielding amount becomes a value corresponding to the height of the corresponding position of the photosensitive material pattern.
信号分離隔壁8は、両側面を研摩した厚さ240μmの半導体用シリコン材料の基板により形成される。また、半導体の通常処理により、研磨された基板の片側面に厚さ1μmの熱酸化膜(二酸化ケイ素SiO2)を成膜する。これにより、後述する基板の冷却工程の際、Heのリークを防ぐことができる。また、上記シリコン基板の両面のうち熱酸化膜SiO2が形成されていない側の面上に感光性材料を塗布し、感光性材料が塗布された面に対しプリベークを行う。さらに露光用マスクを用いてプリベークした面に対し露光を行い、通常の工程で現像及びリンスを行う。現像及びリンス処理された基板をICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチング装置(STS社製)にセットし、下記方法でエッチングを行う。 The signal separation partition 8 is formed of a substrate made of a silicon material for semiconductor having a thickness of 240 μm polished on both sides. In addition, a thermal oxide film (silicon dioxide SiO 2 ) having a thickness of 1 μm is formed on one side of the polished substrate by normal processing of the semiconductor. Thereby, it is possible to prevent He leakage during the substrate cooling step described later. Further, a photosensitive material is applied on the surface of the silicon substrate on the side where the thermal oxide film SiO 2 is not formed, and the surface on which the photosensitive material is applied is pre-baked. Further, the prebaked surface is exposed using an exposure mask, and development and rinsing are performed in a normal process. The developed and rinsed substrate is set in an ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching apparatus (manufactured by STS) and etched by the following method.
エッチングの方法として、(1)シリコン基板をドライエッチング装置にセットし、シリコン基板の冷却温度を5℃まで冷却する。(2)SF6ガスによりエッチングを行い、その後C4F8ガスに切り替えて、シリコン基板の加工壁面に保護膜の形成を行う。これらSF6ガスによるエッチング及びC4F8ガスによる保護膜形成を交互に繰り返す(ボッシュプロセス)。この(2)工程により、熱酸化膜SiO2にエッチストップされた穴8bがシリコン基板中に121個形成される。なお、上記(2)工程において、SF6ガス流量200sccm、圧力25mTorr、バイアス50W、上部電力2.0kW、エッチングレート5μm/分、加工時間4.5秒とする。また、C4F8ガス流量100sccm、圧力20mTorr、バイアス5W、上部電力1.8kW、加工時間3〜4秒とする。 As an etching method, (1) a silicon substrate is set in a dry etching apparatus, and the cooling temperature of the silicon substrate is cooled to 5 ° C. (2) Etching with SF 6 gas, and then switching to C 4 F 8 gas to form a protective film on the processed wall of the silicon substrate. Etching with SF 6 gas and formation of a protective film with C 4 F 8 gas are repeated alternately (Bosch process). By this step (2), 121 holes 8b etched in the thermal oxide film SiO 2 are formed in the silicon substrate. In the step (2), the SF 6 gas flow rate is 200 sccm, the pressure is 25 mTorr, the bias is 50 W, the upper power is 2.0 kW, the etching rate is 5 μm / min, and the processing time is 4.5 seconds. Also, the C 4 F 8 gas flow rate is 100 sccm, the pressure is 20 mTorr, the bias is 5 W, the upper power is 1.8 kW, and the processing time is 3 to 4 seconds.
次に、シリコン基板に形成された熱酸化膜SiO2を下方に向け、裏打ち基板と接合する。その後、エッチングガス種をCF4ガスに変更し、上述したC4F8ガスと同様の条件でシリコン基板上に形成された121個の穴8bに対しエッチングを行う。これにより、シリコン基板に形成された熱酸化膜SiO2を貫通する121個の貫通穴8bを形成することができる。さらに、シリコン基板上の感光性材料及び熱酸化膜SiO2に対し洗浄を行い、感光性材料を除去する。 Next, the thermal oxide film SiO 2 formed on the silicon substrate is directed downward and bonded to the backing substrate. Thereafter, the etching gas species is changed to CF 4 gas, and etching is performed on 121 holes 8b formed on the silicon substrate under the same conditions as the C 4 F 8 gas described above. Thereby, 121 through holes 8b penetrating through the thermal oxide film SiO 2 formed in the silicon substrate can be formed. Further, the photosensitive material on the silicon substrate and the thermal oxide film SiO 2 are washed to remove the photosensitive material.
上記加工により、信号分離隔壁8の形状はパターンピッチ寸法B:720μm、格子幅寸法C:30μm、深さD:240μm、壁面8cのウエーブ形状(側壁面粗さの高さ寸法:約40nm)となる(図3)。なお、信号分離隔壁8の壁面8cの側壁面粗さの高さ寸法を約20〜40nmとなるように加工してもよい。信号分離隔壁8の加工壁面8cは、表面粗さが40nm程度ある磨りガラス状の面となっていることから、光を反射しない遮光面となる。基板の材料をシリコンとすることにより、エッチングの際、副次的に信号分離隔壁8の加工壁面8cに光を反射しないウエーブ形状の構造を形成することができる。これにより信号分離隔壁8の壁面8cに特別な表面処理を必要とせず、光学素子4の低コスト化を実現することができる。 By the above processing, the shape of the signal separation partition 8 is as follows: pattern pitch dimension B: 720 μm, lattice width dimension C: 30 μm, depth D: 240 μm, wave shape of the wall surface 8c (side wall surface roughness height dimension: about 40 nm). (FIG. 3). In addition, you may process so that the height dimension of the side wall surface roughness of the wall surface 8c of the signal separation partition 8 may be set to about 20-40 nm. Since the processed wall surface 8c of the signal separation partition wall 8 is a polished glass surface having a surface roughness of about 40 nm, it is a light shielding surface that does not reflect light. By using silicon as the substrate material, it is possible to form a wave-shaped structure that does not reflect light on the processed wall surface 8c of the signal separation partition wall 8 during the etching. As a result, no special surface treatment is required on the wall surface 8c of the signal separation partition wall 8, and the cost of the optical element 4 can be reduced.
なお、マイクロレンズアレイ6の各接合面には凸部が形成され、信号分離隔壁8の各端面には凹部が形成される。これら凸部及び凹部は相互が嵌合するように同一加工条件により副次的に設計される。 A convex portion is formed on each joint surface of the microlens array 6, and a concave portion is formed on each end surface of the signal separation partition 8. These convex portions and concave portions are secondarily designed under the same processing conditions so as to be fitted to each other.
上記のように製造したマイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8とを直接ガラス接合により接合する。まず、信号分離隔壁8の熱酸化膜(SiO2)8aを有する端面にタンポ法(必要な面のみに塗布する方法)により、1%フッ酸を薄く塗布し、マイクロレンズアレイ6に接触させる。なお、マイクロレンズアレイ6の接合面に形成された凸部と信号分離隔壁8の端面に形成された凹部とを嵌合させることにより、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8との位置合せが行われる。これにより、電子顕微鏡等を用いた位置合わせを必要とせず、簡易且つ高精度にマイクロレンズアレイ6を信号分離隔壁8に位置合せすることが可能となっている。 The microlens array 6 and the signal separation partition 8 manufactured as described above are bonded directly by glass bonding. First, 1% hydrofluoric acid is thinly applied to the end surface of the signal separation partition 8 having the thermal oxide film (SiO 2 ) 8a by a tampo method (a method of applying only to a necessary surface) and brought into contact with the microlens array 6. The microlens array 6 and the signal separation partition 8 are aligned by fitting the projection formed on the joint surface of the microlens array 6 and the recess formed on the end surface of the signal separation partition 8. Is called. This makes it possible to align the microlens array 6 with the signal separation partition wall 8 easily and with high accuracy without requiring alignment using an electron microscope or the like.
次に、この接触させられた状態でマイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8との間の接合面に約1.0MPaの圧力を加え、この圧力を加えた状態を維持し、60℃で6時間保持する。その後、マイクロレンズアレイ6及び信号分離隔壁8を有機溶剤により洗浄、真空乾燥させる。 Next, a pressure of about 1.0 MPa is applied to the joint surface between the microlens array 6 and the signal separation partition 8 in this contacted state, and this pressure is maintained and maintained at 60 ° C. for 6 hours. Hold. Thereafter, the microlens array 6 and the signal separation partition 8 are washed with an organic solvent and vacuum dried.
なお、高融点ガラス、金属磁性薄膜に強磁性非晶質アモルファス金属合金、低融点の融着ガラス、水ガラス、有機接着剤等の低温接合剤によるガラス接合により、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8とは接合されてもよい。また、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8との各接合面にはCr又はTiからなる金属層が形成され、この金属層上にAuからなる金属層が積層され、このAuからなる金属層のAuが低温(150℃〜300℃)で熱拡散し、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8とは接合されてもよい。ガラス粉末を混合した水ガラスを接着剤として用い、1000〜1100℃に加熱して、マイクロレンズアレイ6と信号分離隔壁8とは接合されてもよい。上記水ガラス硬化剤として準安定相のAl(PO3)3、カルシウムスルホアルミネート組成物の粉末、又は珪酸塩ガラス、粉末化或いは酸処理若しくはエステル化したホウ珪酸ガラスを用いてもよい。 It should be noted that the microlens array 6 and the signal separation partition are formed by glass bonding with a high melting point glass, a metal magnetic thin film, a ferromagnetic amorphous amorphous metal alloy, a low melting point fused glass, water glass, an organic adhesive, or the like. 8 may be joined. Further, a metal layer made of Cr or Ti is formed on each joint surface between the microlens array 6 and the signal separation partition wall 8, and a metal layer made of Au is laminated on the metal layer, and the metal layer made of Au is laminated. Au may thermally diffuse at a low temperature (150 ° C. to 300 ° C.), and the microlens array 6 and the signal separation partition 8 may be joined. The water lens mixed with glass powder may be used as an adhesive and heated to 1000 to 1100 ° C. to join the microlens array 6 and the signal separation partition 8. As the water glass curing agent, metastable phase Al (PO 3 ) 3 , calcium sulfoaluminate composition powder, silicate glass, powdered or acid-treated or esterified borosilicate glass may be used.
次に、上記マイクロレンズアレイ6が接合された信号分離隔壁8に受光素子アレイ10を接合する。まず、位置決めをする為の被見対象物を設置し、受光素子アレイ10からの被見対象物の画像を確認しながら受光素子アレイ10の位置決めを行う。受光素子アレイ10の位置が決定されると、この位置で信号分離隔壁8と受光素子アレイ10とを、UV硬化型接着剤等の接着剤により接合する。なお、信号分離隔壁8と受光素子アレイ10とは接着剤により接合されているが、信号分離隔壁8の他方の端面に酸化膜SiO2を形成し、直接ガラス接合により接合されてもよい。 Next, the light receiving element array 10 is joined to the signal separation partition 8 to which the microlens array 6 is joined. First, a target object for positioning is set, and the light receiving element array 10 is positioned while confirming an image of the target object from the light receiving element array 10. When the position of the light receiving element array 10 is determined, the signal separation partition 8 and the light receiving element array 10 are joined at this position by an adhesive such as a UV curable adhesive. The signal separation partition 8 and the light receiving element array 10 are bonded by an adhesive, but an oxide film SiO 2 may be formed on the other end face of the signal separation partition 8 and bonded directly by glass bonding.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions are made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. be able to.
例えば、光学構成部品としてマイクロレンズアレイ6を用いているが、回折光学素子アレイを用いてもよい。回折光学素子アレイは、中心の輪帯のピッチが最も大きく、外周に行くにしたがってピッチが小さくなるフレネル光学素子である。また、レンズ高さは中心輪帯が最も高く、外周に行くにしたがって低くなっている。具体的には、回折光学素子アレイのレンズ最大高さは1.2μm、輪帯数は75輪帯となっている。 For example, although the microlens array 6 is used as an optical component, a diffractive optical element array may be used. The diffractive optical element array is a Fresnel optical element in which the central annular zone has the largest pitch and the pitch decreases toward the outer periphery. Further, the lens height is highest in the central annular zone and becomes lower toward the outer periphery. Specifically, the maximum lens height of the diffractive optical element array is 1.2 μm, and the number of annular zones is 75 annular zones.
回折光学素子アレイは、低膨張ガラスであるネオセラム材料により形成されている。まず、ネオセラム材料上に電子線用感光性材料(Electron Beam用レジスト)を2.0μmの厚さで均一に塗布し、この均一に塗布した面をプリベークした後、電子線描画装置により回折光学素子アレイの3次元設計形状に成形する。次に、上記成形された3次元設計形状の感光性材料をドライエッチングすることによりネオセラム材料に3次元設計形状を転写し、所望の回折光学素子アレイの形状に成形する。さらに、成形された回折光学素子アレイの信号分離隔壁8と接合される側の面に、可視光波長における反射防止膜を形成する。なお、反射防止膜の最上層の膜がSiO2となるように薄膜設計を行う。 The diffractive optical element array is made of a neo-ceram material that is a low expansion glass. First, a photosensitive material for electron beam (Electron Beam resist) is uniformly applied to a neo-serum material with a thickness of 2.0 μm, and the uniformly coated surface is pre-baked and then diffractive optical element by an electron beam drawing device. Mold into a three-dimensional design shape of the array. Next, the molded photosensitive material having the three-dimensional design shape is dry-etched to transfer the three-dimensional design shape to the neoceram material, and is molded into a desired diffractive optical element array shape. Further, an antireflection film for visible light wavelength is formed on the surface of the molded diffractive optical element array on the side to be joined with the signal separation partition 8. The thin film is designed so that the uppermost layer of the antireflection film is SiO 2 .
信号分離隔壁8の2つの端面のうち一方の端面にマイクロレンズアレイ6を接合しているが、図4に示すように信号分離隔壁8の2つの端面にマイクロレンズアレイ6を接合してもよい。図4に示す光学素子は、2つのマイクロレンズを介して画像を正立に結像させることができる。 Although the microlens array 6 is bonded to one of the two end surfaces of the signal separation partition wall 8, the microlens array 6 may be bonded to the two end surfaces of the signal separation partition wall 8 as shown in FIG. . The optical element shown in FIG. 4 can form an image upright through two microlenses.
なお、上記一実施例において、本発明に係る光学素子4は薄型画像入力システム2に用いられているが、本発明はこれに限られず、デジタルカメラ又は複写機の書込み光学系に用いてもよい。
さらに、光学構成部品としてマイクロレンズアレイ6を用いているが、ウェーブフロントレンズ(Wavefront Lens)を用いてもよい。
In the above embodiment, the optical element 4 according to the present invention is used in the thin image input system 2. However, the present invention is not limited to this, and may be used in a writing optical system of a digital camera or a copying machine. .
Furthermore, although the microlens array 6 is used as an optical component, a wavefront lens may be used.
ここでウェーブフロントレンズとは、米国CDM Optics社が提案しているWavefront Cording Systemに用いられ、光学レンズ、イメージセンサ(CCD)、及び画像処理ソフトウエアが一体で設計及び最適化されたときの当該光学レンズである。 Here, the wave front lens is used in the Wavefront Cording System proposed by the US CDM Optics, and the optical lens, the image sensor (CCD), and the image processing software are designed and optimized when integrated. It is an optical lens.
このウェーブフロントレンズによりイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。すなわち、上記Wavefront Cording Systemにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアはイメージセンサ専用の像に対する画像処理及び画像圧縮を行っている。このWavefront Cording Systemを用いることにより、F値を絞ることなく、被写界深度を増大させることができ、明るさと被写界限界深度の両立を図ることができる。また、簡単なレンズ構成で諸収差を大きく低減でき、光学系のコンパクト化及び低価格化を実現し得る。さらに、高解像度の像を得ることができる。 The image formed on the image sensor by the wave front lens does not need to be an image that can be recognized by humans. That is, in the above Wavefront Cording System, it is sufficient that a final image processed by the image processing software can be recognized by a human. Therefore, this image processing software performs image processing and image compression on an image dedicated to the image sensor. By using this Wavefront Cording System, the depth of field can be increased without reducing the F value, and both brightness and the depth of field limit can be achieved. In addition, various aberrations can be greatly reduced with a simple lens configuration, and the optical system can be made compact and inexpensive. Furthermore, a high-resolution image can be obtained.
本発明は、画像情報の入力機能を有した個人情報端末において採用される薄型画像入力システムに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a thin image input system employed in a personal information terminal having an image information input function.
2 薄型画像入力システム
4 光学素子
6 マイクロレンズアレイ
6a マイクロレンズ
8 信号分離隔壁
8a 酸化膜SiO2
8b 穴
8c 壁面
10 受光素子アレイ
10a 受光素子
2 Thin Image Input System 4 Optical Element 6 Micro Lens Array 6a Micro Lens 8 Signal Separation Partition 8a Oxide Film SiO 2
8b hole 8c wall surface 10 light receiving element array 10a light receiving element
Claims (5)
シリコンにより形成された複数の開口部を有する信号分離隔壁と、
を有し、前記信号分離隔壁は、一方の端面において前記光学構成部品と接合されており、他方の端面において受光素子が接合されるものであって、
前記光学構成部品と前記信号分離隔壁とはガラス接合により接合されており、
前記光学構成部品に入射した光は前記光学構成部品より出射し、前記信号分離隔壁における各々の前記開口部を通過し、前記開口部に対応する前記受光素子に入射するものであることを特徴とする光学素子。 Optical components formed of glass;
A signal separating partition having a plurality of openings formed of silicon;
The a, the signal separating partitions is joined to Oite the optical components in the one end face, there is the light receiving element is joined at the other end face,
The optical component and the signal separation partition are bonded by glass bonding ,
The light incident on the optical component is emitted from the optical components, passes through the opening in each of said signal separating partitions, characterized in der Rukoto those incident on the light receiving elements corresponding to the opening An optical element.
シリコンにより形成された複数の開口部を有する信号分離隔壁と、 A signal separating partition having a plurality of openings formed of silicon;
を有し、前記信号分離隔壁は、一方の端面において前記光学構成部品の一方と接合されており、他方の端面において前記光学構成部品の他方と接合されており、 The signal separation partition is bonded to one of the optical components at one end face, and is bonded to the other of the optical components at the other end face,
前記光学構成部品と前記信号分離隔壁とはガラス接合により接合されており、 The optical component and the signal separation partition are bonded by glass bonding,
前記一方の光学構成部品に入射した光は前記一方の光学構成部品より出射し、前記信号分離隔壁における各々の前記開口部を通過し、前記開口部に対応する前記他方の光学構成部品に入射するものであることを特徴とする光学素子。 Light incident on the one optical component is emitted from the one optical component, passes through each opening in the signal separation partition, and enters the other optical component corresponding to the opening. An optical element characterized by being a thing.
前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズと、前記信号分離隔壁に設けられた開口部とは、1対1で対応していることを特徴とする請求項1及び2に記載の光学素子。 It said optical component is a microswitch lens array,
Wherein the microlenses constituting the microlens array, the signal from the opening provided in the separating partitions, optical element according to claim 1 and 2, characterized that you have a one-to-one correspondence.
前記マイクロレンズアレイにおける前記信号分離隔壁との接合面と、前記信号分離隔壁における前記マイクロレンズアレイとの接合面には、前記接合をするための嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の光学素子。 The joint surface with the signal separation partition in the microlens array is provided between each microlens constituting the microlens array,
And junction surface between the signal separating partitions in the microlens array, the junction surface between the micro lens array in the signal separating partition wall, said the fitting portion for said joining is al provided The optical element according to claim 3 .
シリコン基板に前記シリコン基板を貫通する複数の開口部を形成することにより信号分離隔壁を形成する工程と、
前記光学構成部品と前記信号分離隔壁の一方の端面とをガラス接合により接合する工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 Forming optical components with glass;
Forming a signal separation partition wall by forming a plurality of openings penetrating the silicon substrate in the silicon substrate;
Bonding the optical component and one end face of the signal separation partition by glass bonding;
The method for manufacturing an optical element characterized Rukoto to have a.
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