JP5572355B2 - レンズアレイ及びレンズアレイ積層体 - Google Patents

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Description

本発明は、レンズアレイ及びレンズアレイ積層体に関する。
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
レンズと同じ材料で一体に形成される連結部にスリットを形成するだけでは、連結部のフレキシブル性が十分ではなく、レンズのピッチ誤差を吸収しきれない虞があった。
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、レンズアレイにおけるレンズのピッチ誤差を複数のレンズアレイの積層工程で確実に吸収し、積層方向に並ぶレンズ群の調芯を高精度に行うことのできるレンズアレイを提供することにある。
1次元又は2次元に配列される複数のレンズと、これらのレンズを形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成されたフレキシブルな支持体と、を備え、前記複数のレンズが、前記支持体を介して相互に連結されたレンズアレイ。
本発明によれば、レンズを形成する材料よりも弾力性に富む材料で支持体を形成することにより、レンズ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に確保することができる。それにより、複数のレンズアレイを積層する工程でレンズのピッチ誤差を確実に吸収することができ、積層方向に並ぶレンズ群が高精度に調芯されたレンズアレイ積層体を得ることができる。
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3D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の素子アレイの変形例を示す図である。 図5A〜図5Dは、図4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積層体の一例を示す図である。 図7Aは、図6の素子アレイ積層体を構成する素子アレイが積層される前の状態を示す図、図7Bは、素子アレイが積層されて素子アレイ積層体を構成した状態を示す図である。 図7Bの素子アレイ積層体において点線円VIIIで囲まれる部分を拡大して示す図である。 図1の素子アレイの変形例、及びその積層体を示す図である。 図1の素子アレイの他の変形例、及びその積層体を示す図である。 図1の素子アレイの他の変形例、及びその積層体を示す図である。 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。 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15A及び図15Bは、図14の素子アレイの製造方法の一例を示す図である。 図14の素子アレイの変形例を示す図である。 図17A〜図17Dは、図16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18の素子アレイ積層体において点線円XIXで囲まれる部分を拡大して示す図である。 図18の素子アレイ積層体に含む一組の素子群を、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。
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。
支持体3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。レンズ2の幅を1とすると、隣り合う二つのレンズ2の間隔、つまりはそれらのレンズ2の間に配置される支持体3の幅は、典型的には1/4〜1/5となるから、支持体3は4〜5倍の伸縮率を有することが好ましい。
レンズ2は、透光性の樹脂組成物で形成されている。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、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。
支持体3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3A〜図3D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3Dに示す例は、二色成形により複数のレンズ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。
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3B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3を形成する樹脂材料M2を供給する。
次いで、図3C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3D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。これらのレンズ2と支持体3とは、相互に接合された状態で一体に形成される。
なお、上述の例は、レンズ2及び支持体3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3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3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3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。
図4は、上述のレンズアレイ1の変形例を示す。
図4に示すレンズアレイ1において、支持体3には、厚み方向に貫通する孔12が形成されている。図示の例では、孔12は一つであり支持体3の中央部に設けられているが、その数、及び位置は限定されるものではない。例えば、孔12は、複数あって、支持体3の全体に分散して設けられていてもよい。
図5A〜図5Dは、図4に示すレンズアレイ1の製造方法の一例を示す。図5A〜図5Dに示す例は、二色成形により複数のレンズ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。下型30の成形面31の中央部には凸部33が設けられている。凸部33は、レンズアレイ1における支持体3の厚み寸法と同じ高さ寸法で成形面31から突出している。上型20及び下型30が閉じられた状態で、凸部33は、上型20の成形面21に当接する。
図5A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5B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3を形成する樹脂材料M2を供給する。
次いで、図5C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5D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及び凸部33を除く成形面21、31の間で支持体3が形成される。これらのレンズ2と支持体3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、支持体3の中央部には、その厚み方向に貫通する孔12が形成される。
このように、樹脂材料の成形によって、支持体3にその厚み方向に貫通する孔12を形成するにあたり、下型30の成形面31には、上型20の成形面21に当接する凸部33が設けられる。この凸部33を上型20の成形面21に当接させることによって、凸部33の周辺における上型20の成形面21と下型30の成形面31との間隔を一意に定めることができる。
樹脂材料を圧縮する際に成形型に負荷される荷重などで、成形型には歪が生じ得る。特に、携帯電話等に搭載される撮像ユニットのレンズ群を量産するためのレンズアレイにあっては、全体として例えば直径が6インチ、8インチ、又は12インチのウエハ状(円板状)をなし、これを形成する成形型は、典型的には、その厚みに対して成形面の面積が比較的大きく、歪が生じやすい。そして、成形型の歪に起因して、成形面の間隔にバラツキが生じ、レンズの厚みに誤差を生じる。
上述の通り、凸部33を上型20の成形面21に当接させ、凸部33の周辺における上型20の成形面21と下型30の成形面31との間隔を一意に定めることにより、形成されるレンズ2の厚みの精度を高め、レンズ2の所望の光学性能を得ることができる。好ましくは、凸部33は、複数あって、成形面31の全体に分散して設けられる。即ち、支持体3の孔12は、複数あって、支持体3の全体に分散して設けられる。
図6は、素子アレイ積層体の一例を示す。図6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6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に含むレンズ2aと、レンズアレイ1bに含むレンズ2bとで、一組のレンズ群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。レンズ群41を構成するレンズ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。
図7A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、レンズ群41を構成するレンズ2a、2bの光軸にもズレが生じている。
図7Bに示すように、レンズアレイ1a、1bの積層に伴い、レンズ群41を構成するレンズ2a、2bのフランジ部11の間で接着剤42が挟まれる。接着剤42の表面張力に起因するセルフアライメント効果によって、レンズアレイ1aに含む支持体3及びレンズアレイ1bに含む支持体3を適宜伸縮させながら、一方のレンズ2aが、他方のレンズ2bに対してピッチ方向に相対的に移動される。それにより、レンズ2a、2bの調芯がなされる。その状態で接着剤42が硬化し、レンズ2a、2bは、それらの光軸が合った状態で接合される。
図7Bに示す例は、フランジ部11の接合面のエッジ(マクロ的な形状)により、接着剤42のセルフアライメント効果を発現させたものである。その他にも、フランジ部11の接合面の表面性状(ミクロ的な形状)を調整したり、また接合面に膜をデポジットしたりするなどして、接合面における接着剤42との濡れ性をパターンニングすることによっても、接着剤42のセルフアライメント効果を発現させることができる。
なお、接着剤42は、典型的には硬化に伴って収縮し、場合によっては、硬化後の接着剤42の厚みによって、レンズ群41の高さ寸法にバラツキが生じることが考えられ、そこで、図8に示すように、接着剤42に粒径の均一な微小球43を混合しておく。微小球43の径で接合面の間隔を定めるようにすれば、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9は、図1のレンズアレイ1の他の変形例、及びその積層体を示す。
図9に示すレンズアレイ積層体40において、レンズアレイ1aに含むレンズ2aのフランジ部11には嵌合凸部13が設けられており、また、レンズアレイ1bに含むレンズ2bのフランジ部11には、嵌合凸部13が嵌り込む嵌合凹部14が設けられている。
嵌合凸部13と嵌合凹部14とが嵌合することで、レンズ2a、2bの調芯がなされ、レンズ2a、2bは、それらの光軸が合った状態で接合される。そして、一方のレンズ2aに対する他方のレンズ2bの積層方向の位置決めも、嵌合凸部13に嵌合凹部14を当接させることで同時になされる。よって、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10は、図1のレンズアレイ1の他の変形例、及びその積層体を示す。
図10に示すレンズアレイ積層体40において、レンズアレイ1aに含むレンズ2aのフランジ部11に設けられた嵌合凸部13の嵌合面、及びレンズアレイ1bに含むレンズ2bのフランジ部11に設けられた嵌合凹部14の嵌合面は、互いに整合するテーパ面とされている。
嵌合凸部13と嵌合凹部14とが嵌合することで、レンズ2a、2bの調芯がなされ、レンズ2a、2bは、それらの光軸が合った状態で接合される。そして、一方のレンズ2aに対する他方のレンズ2bの積層方向の位置決めも、嵌合凸部13に嵌合凹部14を当接させることで同時になされる。よって、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。さらに、嵌合凸部13及び嵌合凹部14の嵌合面がテーパ面であることで、両者の嵌合が円滑になされる。
図11は、図1のレンズアレイ1の他の変形例、及びその積層体を示す。
図11に示すレンズアレイ積層体40において、レンズアレイ1aに含むレンズ2aのフランジ部11には、レンズアレイ1aにおけるレンズ2aの配列方向に沿ってレンズアレイ1bに含むレンズ2bを弾性的に挟持する挟持部15が設けられている。
挟持部15は、レンズアレイ1aにおけるレンズ2aの配列方向である行方向に対向した一対の弾性片16、及び列方向に対向した一対の弾性片16で構成されている(図11には、行方向に対向する一対の弾性片16のみ示されている)。レンズアレイ1bに含む支持体3には、弾性片16を挿通させる孔が適宜形成されている。
弾性片16は、支持体3を形成する材料より弾性の高い材料で形成されており、例えばインサート成形によりレンズ2aと一体に形成される。行方向に対向した一対の弾性片16、及び列方向に対向した一対の弾性片16が、レンズ2bを行方向及び列方向に弾性的に挟むのに伴い、レンズアレイ1aに含む支持体3、及びレンズアレイ1bに含む支持体3が、行方向及び列方向にそれぞれ伸縮して、レンズ2a、2bの調芯がなされる。さらに、弾性片16の先端部が、レンズ2bのフランジ部11の表側の縁部に係合するようになっており、レンズ2a、2bは、それらの光軸が合った状態でロックされる。
以上の素子アレイ積層体の例は、いずれも図1のレンズアレイ1(その変形例のレンズアレイ)を複数積層したものであるが、図1のレンズアレイ1を他の素子アレイと積層して素子アレイ積層体を構成することもできる。
図12は、素子アレイ積層体の他の例を示す。
図12に示すように、素子アレイ積層体50は、センサアレイ52に、図1のレンズアレイ1、及びレンズアレイ53が順次積層されて構成されている。
センサアレイ52は、シリコンなどの半導体材料で形成されたウエハ60を備えている。そして、ウエハ60上には、複数の固体撮像素子61が形成されている。固体撮像素子61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60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60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。
レンズアレイ53は、複数のレンズ70と、これらのレンズ70を相互に連結する基板部71とを備えている。複数のレンズ70及び基板部71は、透光性の樹脂組成物で一体に形成されている。基板部71は、センサアレイ52のウエハ60と同じサイズのウエハ状に形成されている。レンズ70及び基板部71を形成する樹脂組成物としては、例えばレンズアレイ1のレンズ2を形成する樹脂組成物と同じものが用いられる。従って、基板部71は、レンズアレイ1の支持体3に比べて剛性が高く、レンズアレイ53における複数のレンズ70の連結は、フレキシブルなものとはなっていない。
センサアレイ52における複数の固体撮像素子61の配列、及びレンズアレイ53における複数のレンズ70の配列は、いずれもレンズアレイ1における複数のレンズ2の配列と同じとされている。それらの積層方向に並ぶ、レンズ2とレンズ70とで一組のレンズ群54が構成され、また、このレンズ群54と固体撮像素子61とで一組の撮像ユニット55が構成される。
レンズアレイ1、センサアレイ52、及びレンズアレイ53を積層して素子アレイ積層体50を構成するにあたり、まず、レンズアレイ1とレンズアレイ53とを積層してレンズアレイ積層体51を得る。その際、レンズアレイ1に含む支持体3が適宜伸縮して、レンズ群54を構成するレンズ2とレンズ70とが調芯される。レンズ2とレンズ70との調芯手段としては、上述の接着剤42のセルフアライメント(図7A、及び図7B参照)、嵌合凸部13及び嵌合凹部14(図9、及び図10参照)、挟持部15(図11参照)を適宜用いることができる。
次いで、レンズアレイ積層体51をセンサアレイ52に積層する。レンズ群54と固体撮像素子61との調芯に求められる精度は、レンズ群54を構成するレンズ2とレンズ70との調芯に求められる精度に比べて比較的低い。センサアレイ52における複数の固体撮像素子61の配列と、レンズアレイ積層体51におけるレンズ群54の配列とは同じとなっているので、レンズアレイ積層体51をセンサアレイ52に積層することで、複数組の撮像ユニット55が一括して構成される。
図13は、素子アレイの他の例を示す。図13に示す素子アレイは、レンズアレイである。なお、上述のレンズアレイ1と共通する要素には、共通の符号を付すことで説明を省略又は簡略する。
図13に示すように、レンズアレイ101は、複数のレンズ2と、支持体としての複数の弾性片103と、を備えている。
レンズ2は、行列状に配列されている。
弾性片103は、隣り合うレンズ2の間にそれぞれ設けられている。図示の例では、隣り合うレンズ2の間に二つの弾性片103が設けられているが、一つであってもよいし、また三つ以上であってもよい。各レンズ2とその周囲のレンズ2との間の隙間は、その隙間に設けられた複数の弾性片103によって区画され、複数の孔12が形成される。
弾性片103は、それを挟む二つのレンズ2のフランジ部11の対向面にその端部を接合され、これら二つのレンズ2を相互に連結している。
弾性片103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。さらに、弾性片103は、連結する二つのレンズ2のフランジ部11における接合箇所を結ぶ直線に対して蛇行して形成されており、かかる形状によって、さらなるフレキシブル性が付与されている。即ち、弾性片103が、蛇行状から直線状に、また直線状から蛇行状にと変形することで、レンズ2は、それらの並び方向(行方向及び列方向)に変位する。
このレンズアレイ101は、図5A〜図5Dに示すレンズアレイ1の製造方法と同様にして製造され得る。図5A〜図5Dを参照して、下型30の成形面31において、孔12に対応する位置に凸部33がそれぞれ設けられる。レンズ2を形成する樹脂材料、及び弾性片103を形成する樹脂材料を、それぞれ注型・圧縮し、これを硬化させてレンズアレイ101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及び凸部33を除く成形面21、31の間で弾性片103が形成される。これらのレンズ2と弾性片103とは、相互に接合された状態で一体に形成される。
上述のレンズアレイ101の製造方法においても、孔12を形成するための凸部33が下型30の成形面31に設けられる。そして、この凸部33を上型20の成形面21に当接させることによって、凸部33の周辺における上型20の成形面21と下型30の成形面31との間隔を一意に定めることができる。それにより、形成されるレンズ2の厚みの精度を高め、レンズ2の所望の光学性能を得ることができる。
レンズアレイ101と他の素子アレイとを積層する際の、積層方向に並ぶレンズアレイ101に含むレンズ2と他の素子アレイに含む素子との調芯手段としては、上述の接着剤42のセルフアライメント(図7A、及び図7B参照)、嵌合凸部13及び嵌合凹部14(図9、及び図10参照)、挟持部15(図11参照)を適宜用いることができる。
図14は、素子アレイの他の例を示す。図14に示す素子アレイは、レンズアレイである。なお、上述のレンズアレイ1と共通する要素には、共通の符号を付すことで説明を省略又は簡略する。
図14に示すように、レンズアレイ201は、複数のレンズ2と、支持体としてのシート材203と、を備えている。
レンズ2は、行列状に配列されている。レンズ2は、再剥離性の粘着シート204を用い、そのフランジ部11を剥離可能にシート材203の一方の表面に接合され、シート材203によって相互に連結されている。レンズ2とシート材203とを接合する粘着シート204としては、加熱や紫外線の照射によって容易に剥離できるものが好ましい。
シート材203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。
図15A及び図15Bは、図14のレンズアレイ201の製造方法の一例を示す。
図15Aに示すように、上述のレンズアレイ201は、例えば図6に示すレンズアレイ101を用意し、それに含むレンズ2を、粘着シート204を介して一括してシート材203に接合する。
次いで、図15Bに示すように、レンズアレイ101の弾性片103を切断し、レンズ2を個々に分離して、レンズアレイ201を得る。
なお、レンズアレイ201において、複数のレンズ2のフレキシブルな連結は、シート材203によりなされる。従って、上述の例では、図6に示すレンズアレイ101を用いるものとして説明したが、複数のレンズ2が同様に配列されて相互に連結されているものであれば、シート材203に接合されるレンズアレイにおいて、レンズ2の相互の連結がフレキシブルなものであるか否かは問わない。
このレンズアレイ201と他の素子アレイとを積層した積層体において、レンズアレイ201に含むシート材203は、加熱や紫外線の照射によって粘着シート204を剥離してレンズアレイ201から取り除かれる。
レンズアレイ201と他の素子アレイとを積層する際の、積層方向に並ぶレンズアレイ201に含むレンズ2と他の素子アレイに含む素子との調芯手段としては、上述の接着剤42のセルフアライメント(図7A、及び図7B参照)、嵌合凸部13及び嵌合凹部14(図9、及び図10参照)、挟持部15(図11参照)を適宜用いることができる。
また、粘着シート204を弾力性のあるものとして、粘着シート204の弾力性により、レンズ2をそれらの並び方向(行方向及び列方向)に変位可能とすることもできる。その場合には、シート材203としては、リジッドな基板状のものを用いることもできる。
図16は、図14のレンズアレイ201の変形例を示す。
図16に示すレンズアレイ201において、シート材203には、レンズ2と同じ並びで配列された複数の孔214が形成されている。孔214は、シート材203に接合されたレンズ2の光学機能部10を露呈させる。図示の例では、孔214は、光学機能部10の光学面10a全体を露呈させる大きさに形成されているが、例えば、光学面10aの外縁に重なる大きさに形成し、シート材203を遮光性の材料で形成するか、シート材203の表面に遮光性の塗料などが塗布するなどして、シート材203でアパーチャを構成することもできる。
図17A〜図17Dは、図16のレンズアレイ201の製造方法の一例を示す。図17A〜図17Dに示す例は、シート材203を成形型内にインサートして、複数のレンズ2をシート材203に接合された状態に形成するものである。
図17Aに示すように、シート材203を、上型20の成形面21に添着する。
次いで、図17B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17C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を挟んで圧縮し、樹脂材料M1を成形面21、31に倣って変形させる。
次いで、図17Dに示すように、樹脂材料M1にエネルギーを加えて硬化させ、レンズアレイ201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。これらのレンズ2とシート材203とは、相互に接合された状態で形成される。
このレンズアレイ201においては、レンズ2の光学機能部10を露呈させる孔214がシート材203に形成されているので、シート材203をレンズアレイ201から取り除くことなく、レンズアレイ201と他の素子アレイとを積層することができる。
図18は、素子アレイの他の例、及びその積層体を示す。図18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18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18に示すように、マイクロ化学チップアレイ積層体301は、二つのマイクロ化学チップアレイ302a、302b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302aは、複数のマイクロ化学チップ310aと、支持体としての複数の弾性片311とを備えている。マイクロ化学チップアレイ302bは、複数のマイクロ化学チップ310bと、支持体としての複数の弾性片311とを備えている。マイクロ化学チップアレイ302a、及びマイクロ化学チップアレイ302b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302aについて説明する。
マイクロ化学チップアレイ302aにおいて、マイクロ化学チップ310a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310a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311は、隣り合うマイクロ化学チップ310aの間にそれぞれ設けられている。弾性片311は、それを挟む二つのマイクロ化学チップ310a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310aを相互に連結している。
弾性片311は、マイクロ化学チップ310a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、マイクロ化学チップ310a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。
図19は、図18のマイクロ化学チップ310a、310bを拡大して示す。
図19に示すように、マイクロ化学チップ310a、310bには、サンプル液が流通される微細な流路312が形成されている。マイクロ化学チップ310a、310bそれぞれに形成された流路312は、マイクロ化学チップ310a、310bが積層された際に連通する。流路312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310a、310b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20は、図18のマイクロ化学チップ310a、310bが、それらの芯がズレて積層された状態を示す。
図20に示すように、マイクロ化学チップ310a、310b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310a、310bの流路312の接続箇所には、段差部313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310a、310bがそれぞれ弾性片311によりフレキシブルに連結されていることにより、弾性片311を適宜伸縮させながら一方のマイクロ化学チップ310aを他方のマイクロ化学チップ310bに対してピッチ方向に相対的に移動させ、マイクロ化学チップ310a、301bを調芯することができ、上記の問題は解消される。マイクロ化学チップ310a、310bの調芯手段としては、上述の接着剤42のセルフアライメント(図7A、及び図7B参照)、嵌合凸部13及び嵌合凹部14(図9、及び図10参照)、挟持部15(図11参照)を適宜用いることができる。
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、これらの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たフレキシブルな支持体と、を備え、前記複数の素子が、前記支持体を介して相互に連結されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体は、前記各素子とその周囲の素子との間の隙間を埋めるように形成されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体には、厚み方向に貫通する少なくとも一つの孔が形成されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体は、隣り合う素子の間にそれぞれ設けられた複数の弾性片であり、前記各弾性片は、それを挟む二つの前記素子に接合されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体は、シート材であり、前記各素子は、前記シート材の一方の表面に接合されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記各素子は、剥離可能に前記シート材に接合されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記シート材には、前記各素子の機能部を露呈させる孔が複数形成されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記支持体は、基板の一方の表面に接合された粘着シートであって、前記各素子は、剥離可能に前記粘着シートに接合されている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記各素子は、他の素子アレイに含まれ、上に重ねられる別素子との接合部を有し、前記接合部に、前記別素子との調芯をなす調芯手段が設けられている。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記調芯手段は、前記別素子と嵌合する嵌合部である。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記嵌合部の嵌合面がテーパ面である。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記調芯手段は、前記複数の素子の配列方向に沿って前記別素子を弾性的に挟持する挟持部である。
また、本明細書に開示された素子アレイは、前記調芯手段は、前記接合部の接合面に形成されたパターンであり、前記パターンは、接着剤のセルフアライメント効果を発現させるように、接着剤に対する濡れ性を制御するものである。
また、本明細書に開示された素子アレイ積層体は、1次元又は2次元に配列される複数の素子を備える素子アレイが複数積層され、積層方向に並ぶ素子群が相互に調芯された素子アレイ積層体であって、前記複数の素子アレイの少なくとも一層が、上記のいずれかに記載の素子アレイである。
1、1a、1b レンズアレイ(素子アレイ)
2 レンズ(素子)
3 支持体
10 光学機能部分
10a、10b 光学面
11 フランジ部
12 孔
13 嵌合凸部
14 嵌合凹部
15 挟持部
16 弾性片
20 上型
21 成形面
22 レンズ成形部
30 下型
31 成形面
32 レンズ成形部
40 レンズアレイ積層体(素子アレイ積層体)
41 レンズ群
42 接着剤
43 微小球
50 素子アレイ積層体
51 レンズアレイ積層体
52 センサアレイ
53 レンズアレイ
54 レンズ群
55 撮像ユニット
60 ウエハ
61 固体撮像素子
70 レンズ
71 基板部
101 レンズアレイ
103 弾性片(支持体)
201 レンズアレイ
203 シート材(支持体)
204 粘着シート
214 孔
301 マイクロ化学チップアレイ積層体(素子アレイ積層体)
302a、302b マイクロ化学チップアレイ(素子アレイ)
310a、310b マイクロ化学チップ(素子)
311 弾性片(支持体)
312 流路
313 段差部

Claims (14)

  1. 1次元又は2次元に配列される複数のレンズと、これらのレンズを形成する材料よりも弾力性に富む材料で形成されたフレキシブルな支持体と、を備え、
    前記複数のレンズが、前記支持体を介して相互に連結されたレンズアレイ。
  2. 請求項1に記載のレンズアレイであって、
    前記支持体は、前記各レンズとその周囲のレンズとの間の隙間を埋めるように形成されているレンズアレイ。
  3. 請求項2に記載のレンズアレイであって、
    前記支持体には、厚み方向に貫通する少なくとも一つの孔が形成されているレンズアレイ。
  4. 請求項1に記載のレンズアレイであって、
    前記支持体は、隣り合うレンズの間にそれぞれ設けられた複数の弾性片であり、
    前記各弾性片は、それを挟む二つの前記レンズに接合されたレンズアレイ。
  5. 請求項1に記載のレンズアレイであって、
    前記支持体は、シート材であり、
    前記各レンズは、前記シート材の一方の表面に接合されているレンズアレイ。
  6. 請求項5に記載のレンズアレイであって、
    前記各レンズは、剥離可能に前記シート材に接合されているレンズアレイ。
  7. 請求項5に記載のレンズアレイであって、
    前記シート材には、前記各レンズの機能部を露呈させる孔が複数形成されているレンズアレイ。
  8. 請求項1に記載のレンズアレイであって、
    前記支持体は、基板の一方の表面に接合された粘着シートであって、
    前記各レンズは、剥離可能に前記粘着シートに接合されているレンズアレイ。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のレンズアレイであって、
    前記各レンズは、他のレンズアレイに含まれ、上に重ねられる別レンズとの接合部を有し、
    前記接合部に、前記別レンズとの調芯をなす調芯手段が設けられているレンズアレイ。
  10. 請求項9に記載のレンズアレイであって、
    前記調芯手段は、前記別レンズと嵌合する嵌合部であるレンズアレイ。
  11. 請求項10に記載のレンズアレイであって、
    前記嵌合部の嵌合面がテーパ面であるレンズアレイ。
  12. 請求項9に記載のレンズアレイであって、
    前記調芯手段は、前記複数のレンズの配列方向に沿って前記別レンズを弾性的に挟持する挟持部であるレンズアレイ。
  13. 請求項9に記載のレンズアレイであって、
    前記調芯手段は、前記接合部の接合面に形成されたパターンであり、
    前記パターンは、接着剤のセルフアライメント効果を発現させるように、接着剤に対する濡れ性を制御するものであるレンズアレイ。
  14. 1次元又は2次元に配列される複数のレンズを備えるレンズアレイが複数積層され、積層方向に並ぶレンズ群が相互に調芯されたレンズアレイ積層体であって、
    前記複数のレンズアレイの少なくとも一層が、請求項1〜13のいずれか一項に記載のレンズアレイであるレンズアレイ積層体。
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