以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.カメラモジュールの第1の実施の形態
2.カメラモジュールの第2の実施の形態
3.カメラモジュールの第3の実施の形態
4.カメラモジュールの第4の実施の形態
5.カメラモジュールの第5の実施の形態
6.第4の実施の形態のカメラモジュールの詳細構成
7.カメラモジュールの第6の実施の形態
8.カメラモジュールの第7の実施の形態
9.レンズ付き基板の詳細構成
10.レンズ付き基板の製造方法
11.レンズ付き基板どうしの接合
12.カメラモジュールの第8及び第9の実施の形態
13.カメラモジュールの第10の実施の形態
14.カメラモジュールの第11の実施の形態
15.他の構造と比較した本構造の効果
16.各種の変形例
17.受光素子の画素配列と絞り板の構造と用途説明
18.電子機器への適用例
19.イメージセンサの使用例
<1.カメラモジュールの第1の実施の形態>
図1は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第1の実施の形態を示す図である。
図1のAは、カメラモジュール1の第1の実施の形態としてのカメラモジュール1Aの構成を示す模式図である。図1のBは、カメラモジュール1Aの概略断面図である。
カメラモジュール1Aは、積層レンズ構造体11と受光素子12とを備える。積層レンズ構造体11は、縦横それぞれ5個ずつ、合計25個の光学ユニット13を備える。光学ユニット13は、1本の光軸方向に複数枚のレンズ21を含んで構成される。カメラモジュール1Aは、光学ユニット13を複数個備えた複眼カメラモジュールである。
カメラモジュール1Aが備える複数個の光学ユニット13の光軸は、図1のBに示されるように、モジュールの外側に向かって広がるように配置され、これにより広角の画像の撮影が可能とされている。
なお、図1のBでは、簡単のため、積層レンズ構造体11はレンズ21を3層だけ積層した構造になっているが、より多くのレンズ21を積層して良いことは言うまでもない。
図1のカメラモジュール1Aは、複数個の光学ユニット13を介して撮影した複数枚の画像をつなぎ合わせて、1枚の広角画像を作り出すことができる。複数枚の画像をつなぎ合わせるため、各画像を撮影する各光学ユニット13の形成および配置には、高い精度が要求される。また、特に広角側の光学ユニット13は、レンズ21への光の入射角度が小さいため、光学ユニット13の内での各レンズ21の位置関係と配置にも、高い精度が要求される。
図2は、特許文献1が開示する、樹脂による固着技術を用いた積層レンズ構造体の断面構造図である。
図2に示される積層レンズ構造体500においては、レンズ511を備えた基板512どうしを固着する手段として、樹脂513が用いられている。樹脂513は、UV硬化性などのエネルギー硬化性樹脂である。
基板512どうしを貼り合せる前に、基板512表面全面に樹脂513の層が形成される。その後、基板512どうしが貼り合わされ、さらに、樹脂513が硬化される。これにより、貼り合わせた基板512どうしが固着される。
しかし、樹脂513を硬化させた際に、樹脂513は硬化収縮する。図2に示される構造の場合、基板512全体に樹脂513の層を形成した後、樹脂513を硬化させるため、樹脂513の変位量が大きくなってしまう。
また、基板512どうしを貼り合せて形成した積層レンズ構造体500を個片化し、撮像素子を組み合わせてカメラモジュールを形成した後も、カメラモジュールに備わる積層レンズ構造体500は、図2に示されるように、レンズ511を備えた基板512間全体に、樹脂513が存在している。このため、カメラモジュールをカメラの筐体内に搭載し、実使用した際に、機器の発熱による温度上昇により、積層レンズ構造体500の基板間の樹脂が熱膨張する懸念がある。
図3は、図1のカメラモジュール1Aの積層レンズ構造体11のみを示した断面構造図である。
カメラモジュール1Aの積層レンズ構造体11も、レンズ21を備えたレンズ付き基板41を複数枚積層して形成されている。
カメラモジュール1Aの積層レンズ構造体11では、レンズ21を備えたレンズ付き基板41どうしを固定する手段として、図2の積層レンズ構造体500やその他の先行技術文献に示されるものとは全く異なる固定手段が用いられている。
すなわち、積層される2枚のレンズ付き基板41は、一方の基板表面に形成した酸化物や窒化物による表面層と、他方の基板表面に形成した酸化物や窒化物による表面層と、の間の共有結合によって、直接接合される。具体例として図4Aに示されるように、積層する2枚のレンズ付き基板41それぞれの表面に、表面層としてシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜が形成され、これに水酸基を結合させた後、2枚のレンズ付き基板41どうしが貼り合わされ、昇温されて脱水縮合される。その結果、2枚のレンズ付き基板41の表面層の間で、シリコン−酸素共有結合が形成される。これにより2枚のレンズ付き基板41が直接接合される。なお、縮合の結果、2枚の表面層に含まれる元素同士が直接共有結合を形成することも起こり得る。
別の例として、図4Bに示されるように、積層する2枚のレンズ付き基板41の表面に、表面層としてシリコン窒化膜42が形成され、水酸基がその膜に結合される。例えば、プラズマ活性処理中にNH3が用いられてもよい。その後、2枚のレンズ付き基板41同士が張り合わされ、昇温されて脱水縮合される。その結果、2枚のレンズ付き基板41の表面層42の間で、シリコン−窒素共有結合が形成される。これにより2枚のレンズ付き基板41が直接接合される。縮合の結果として、2つの表面層に含まれる元素同士が直接に共有結合を形成することも起こり得る。
本発明では、
このように、2枚のレンズ付き基板41の間に配置した無機物の層を介して2枚のレンズ付き基板を固定すること、
あるいは、2枚のレンズ付き基板41の表面にそれぞれ配置した無機物の層どうしを化学結合させることで2枚のレンズ付き基板を固定すること、
あるいは、2枚のレンズ付き基板41の表面にそれぞれ配置した無機物の層の間に脱水縮合による結合を形成することで2枚のレンズ付き基板を固定すること、
あるいは、2枚のレンズ付き基板41の表面にそれぞれ配置した無機物の層の間に、酸素を介した共有結合あるいは互いの無機物の層に含まれる元素どうしの共有結合を形成することで2枚のレンズ付き基板を固定すること、
あるいは、2枚のレンズ付き基板41の表面にそれぞれ配置したシリコン酸化物層もしくはシリコン窒化物層の間に、シリコン―酸素共有結合あるいはシリコン―シリコン共有結合を形成することで2枚のレンズ付き基板を固定すること、
を直接接合と呼ぶ。
代替的に、又は追加として、直接接合は基板同士が直接接合されていることを意味する場合もある。
この貼り合せと昇温による脱水縮合を行うため、本実施の形態では、半導体装置やフラットディスプレイ装置の製造分野で使用される基板を用いて、基板状態でレンズが形成され、基板状態で貼り合せおよび昇温による脱水縮合が行われ、基板状態で共有結合による接合が行われる。2枚のレンズ付き基板41の表面に形成した無機物の層の間を、共有結合によって接合させた構造は、特許文献1が開示する図2で説明した技術を用いた場合に懸念される、基板全体に渡る樹脂513の硬化収縮による変形や、実使用時の樹脂513の熱膨張による変形を抑える、という作用または効果をもたらす。
図5及び図6は、積層レンズ構造体11と受光素子12を組み合わせた図1のカメラモジュール1Aを形成する工程を示す図である。
まず、図5に示されるように、各レンズ21(不図示)が平面方向に複数形成されたレンズ付き基板41Wが複数枚用意され、これらが積層される。これにより、基板状態のレンズ付き基板41Wが複数枚積層された、基板状態の積層レンズ構造体11Wが得られる。
次に、図6に示されるように、受光素子12が平面方向に複数形成された基板状態のセンサ基板43Wが、図5に示した基板状態の積層レンズ構造体11Wとは別に作製され、用意される。
そして、基板状態のセンサ基板43Wと、基板状態の積層レンズ構造体11Wが、積層され、貼り合せた基板のモジュール毎に外部端子を着けることで、基板状態のカメラモジュール44Wが得られる。
最後に、基板状態のカメラモジュール44Wが、モジュール単位またはチップ単位に個片化される。個片化されたカメラモジュール44が、別途用意された筐体(不図示)に封入されることで、最終的なカメラモジュール44が得られる。
なお、本明細書及び図面においては、例えば、レンズ付き基板41Wのように、符号に“W”が付加された部品は、それが基板状態(ウエハ状態)であることを表し、レンズ付き基板41のように“W”が付されていないものは、モジュール単位またはチップ単位に個片化された状態であることを表す。その他、センサ基板43W、カメラモジュール44Wなどについても同様である。
図7は、積層レンズ構造体11と受光素子12を組み合わせた図1のカメラモジュール1Aを形成する別の工程を示す図である。
まず、上述した工程と同様に、基板状態のレンズ付き基板41Wが複数枚積層された、基板状態の積層レンズ構造体11Wが製造される。
次に、基板状態の積層レンズ構造体11Wが、個片化される。
また、基板状態の積層レンズ構造体11Wとは別に、基板状態のセンサ基板43Wが作製され、用意される。
そして、基板状態のセンサ基板43Wの各受光素子12の上に、個片化された積層レンズ構造体11が1個ずつマウントされる。
最後に、個片化された積層レンズ構造体11がマウントされた、基板状態のセンサ基板43Wがモジュール単位またはチップ単位に個片化される。積層レンズ構造体11がマウントされ、個片化されたセンサ基板43が、別途用意された筐体(不図示)に封入され、さらに外部端子が着けられることで、最終的なカメラモジュール44が得られる。
さらに、積層レンズ構造体11と受光素子12を組み合わせた図1のカメラモジュール1Aを形成する別の工程の例として、図7に示した基板状態のセンサ基板43Wを個片化し、その結果得られた個々の受光素子12へ、個片化後の積層レンズ構造体11をそれぞれマウントして、個片化されたカメラモジュール44を得ても良い。
図8は、カメラモジュール1Aにおけるレンズ付き基板41の構成を説明する図である。
図8のAは、図1のAと同様の、カメラモジュール1Aの構成を示す模式図である。
図8のBは、図1のBと同様の、カメラモジュール1Aの概略断面図である。
カメラモジュール1Aは、図8のBに示されるように、複数枚のレンズ21を組み合わせて形成し、1本の光軸を備えた光学ユニット13を、複数個備えた複眼カメラモジュールである。積層レンズ構造体11は、縦横それぞれ5個ずつ、合計25個の光学ユニット13を備える。
カメラモジュール1Aでは、複数個の光学ユニット13の光軸が、モジュールの外側に向かって広がるように配置され、これにより、広角の画像の撮影が可能とされている。図8のBでは、簡単のため、積層レンズ構造体11は、レンズ付き基板41を3層だけ積層した構造になっているが、より多くのレンズ付き基板41を積層して良いことは言うまでもない。
図8のC乃至Eは、積層レンズ構造体11を構成する3層のレンズ付き基板41それぞれの平面形状を示す図である。
図8のCは、3層のうちの最上層のレンズ付き基板41の平面図であり、図8のDは、中層のレンズ付き基板41の平面図であり、図8のDは、最下層のレンズ付き基板41の平面図である。カメラモジュール1は、複眼広角カメラモジュールであるため、上層になるに従って、レンズ21の径が大きくなると共に、レンズ間のピッチが広がっている。
図8のF乃至Hは、図8のC乃至Eに示したレンズ付き基板41を得るための、基板状態のレンズ付き基板41Wの平面図である。
図8のFに示されるレンズ付き基板41Wは、図8のCのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示し、図8のGに示されるレンズ付き基板41Wは、図8のDのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示し、図8のHに示されるレンズ付き基板41Wは、図8のEのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示している。
図8のF乃至Hに示される基板状態のレンズ付き基板41Wは、図8のAに示したカメラモジュール1Aを、基板1枚につき8個得られる構成とされている。
図8のF乃至Hの各レンズ付き基板41Wの間で、モジュール単位のレンズ付き基板41内のレンズ間のピッチは、上層のレンズ付き基板41Wと下層のレンズ付き基板41Wとで異なる一方、各レンズ付き基板41Wにおいて、モジュール単位のレンズ付き基板41を配置するピッチは、上層のレンズ付き基板41Wから下層のレンズ付き基板41Wまで、一定となっていることがわかる。
<2.カメラモジュールの第2の実施の形態>
図9は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第2の実施の形態を示す図である。
図9のAは、カメラモジュール1の第2の実施の形態としてのカメラモジュール1Bの外観を示す模式図である。図9のBは、カメラモジュール1Bの概略断面図である。
カメラモジュール1Bは、2個の光学ユニット13を備える。2個の光学ユニット13は、積層レンズ構造体11の最上層に、絞り板51を備える。絞り板51には、開口部52が設けられている。
カメラモジュール1Bは2個の光学ユニット13を備えるが、これら2つの光学ユニット13の光学パラメータは異なる。すなわち、カメラモジュール1Bは、光学性能が異なる2種類の光学ユニット13を備える。2種類の光学ユニット13は、例えば、近景を撮影するための焦点距離が短い光学ユニット13と、遠景を撮影するために焦点距離が長い光学ユニット13とすることができる。
カメラモジュール1Bでは、2つの光学ユニット13の光学パラメータが異なるため、例えば、図9のBに示されように、2つの光学ユニット13のレンズ21の枚数が異なる。また、2つの光学ユニット13が備える積層レンズ構造体11の同じ層のレンズ21において、径、厚さ、表面形状、体積、または、隣接するレンズとの距離、のいずれかが異なる構成が可能となっている。このため、カメラモジュール1Bにおけるレンズ21の平面形状は、例えば、図9のCに示されるように、2つの光学ユニット13が同じ径のレンズ21を備えていても良いし、図9のDに示すように、 異なる形状のレンズ21を備えていても良いし、図9のEに示すように、一方がレンズ21を備えない空洞21Xとなった構造でも良い。
図9のF乃至Hは、図9のC乃至Eに示したレンズ付き基板41を得るための、基板状態のレンズ付き基板41Wの平面図である。
図9のFに示されるレンズ付き基板41Wは、図9のCのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示し、図9のGに示されるレンズ付き基板41Wは、図9のDのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示し、図9のHに示されるレンズ付き基板41Wは、図9のEのレンズ付き基板41に対応する基板状態を示している。
図9のF乃至Hに示される基板状態のレンズ付き基板41Wは、図9のAに示したカメラモジュール1Bを、基板1枚につき16個得られる構成とされている。
図9のF乃至Hに示されるように、カメラモジュール1Bを形成するために、基板状態のレンズ付き基板41Wの基板全面に同じ形状のレンズを形成することや、異なる形状のレンズを形成することや、レンズを形成したり形成しなかったりすることが可能である。
<3.カメラモジュールの第3の実施の形態>
図10は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第3の実施の形態を示す図である。
図10のAは、カメラモジュール1の第3の実施の形態としてのカメラモジュール1Cの外観を示す模式図である。図10のBは、カメラモジュール1Cの概略断面図である。
カメラモジュール1Cは、光の入射面上に、縦横2個ずつ、合計4個の光学ユニット13を備える。4個の光学ユニット13どうしでは、レンズ21の形状は同じになっている。
4個の光学ユニット13は、積層レンズ構造体11の最上層に、絞り板51を備えるが、その絞り板51の開口部52の大きさが、4個の光学ユニット13の間で異なる。これにより、カメラモジュール1Cは、例えば、以下のようなカメラモジュール1Cを実現することができる。すなわち、例えば防犯用の監視カメラにおいて、昼間のカラー画像監視用に、RGB3種類のカラーフィルタを備えてRGB3種の光を受光する受光画素と、夜間の白黒画像監視用に、RGB用のカラーフィルタを備えない受光画素と、を備えた受光素子12を用いたカメラモジュール1Cにおいて、照度が低い夜間の白黒画像を撮影するための画素だけ絞りの開口の大きさを大きくすることが可能となる。このため、1個のカメラモジュール1Cにおけるレンズ21の平面形状は、例えば図10のCに示されるように、4つの光学ユニット13が備えるレンズ21の径は同じであって、かつ、図10のDに示されるように、絞り板51の開口部52の大きさは、光学ユニット13によっては異なる。
図10のEは、図10のCに示したレンズ付き基板41を得るための、基板状態のレンズ付き基板41Wの平面図である。図10のFは、図10のDに示した絞り板51を得るための、基板状態での絞り板51Wを示す平面図である。
図10のEの基板状態のレンズ付き基板41W、及び、図10のFの基板状態の絞り板51Wでは、図10のAに示したカメラモジュール1Cを、基板1枚につき8個得られる構成とされている。
図10のFに示されるように、基板状態での絞り板51Wでは、カメラモジュール1Cを形成するために、カメラモジュール1Cが備える光学ユニット13毎に、異なる開口部52の大きさを設定することができる。
<4.カメラモジュールの第4の実施の形態>
図11は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第4の実施の形態を示す図である。
図11のAは、カメラモジュール1の第4の実施の形態としてのカメラモジュール1Dの外観を示す模式図である。図11のBは、カメラモジュール1Dの概略断面図である。
カメラモジュール1Dは、カメラモジュール1Cと同様に、光の入射面上に、縦横2個ずつ、合計4個の光学ユニット13を備える。4個の光学ユニット13どうしでは、レンズ21の形状と絞り板51の開口部52の大きさは同じになっている。
カメラモジュール1Dは、光の入射面の縦方向と横方向のそれぞれについて2個ずつ配置した光学ユニット13に備わる光軸が、同じ方向に延びている。図11のBに示される1点鎖線は、光学ユニット13それぞれの光軸を表している。この様な構造のカメラモジュール1Dは、超解像技術を利用して、1個の光学ユニット13で撮影するよりも、解像度が高い画像を撮影することに適している。
カメラモジュール1Dでは、縦方向と横方向のそれぞれについて、光軸が同じ方向を向きながら、異なる位置に配置された複数個の受光素子12で画像を撮影することにより、あるいは1個の受光素子12の中の異なる領域の受光画素で画像を撮影することにより、光軸が同じ方向を向きながら、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。これら同一ではない複数枚の画像が持っている場所毎の画像データを合わせることで、解像度が高い画像を得ることができる。このため、1個カメラモジュール1Dにおけるレンズ21の平面形状は、図11のCに示されるように、4つの光学ユニット13で同じになっていることが望ましい。
図11のDは、図11のCに示したレンズ付き基板41を得るための、基板状態のレンズ付き基板41Wの平面図である。基板状態のレンズ付き基板41Wは、図11のAに示したカメラモジュール1Dを、基板1枚につき8個得られる構成とされている。
図11のDに示されるように、基板状態のレンズ付き基板41Wでは、カメラモジュール1Dを形成するために、カメラモジュール1Dが複数個のレンズ21を備え、この1個のモジュール用のレンズ群が、基板上に一定のピッチで複数個配置されている。
<5.カメラモジュールの第5の実施の形態>
図12は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第5の実施の形態を示す図である。
図12のAは、カメラモジュール1の第5の実施の形態としてのカメラモジュール1Eの外観を示す模式図である。図12のBは、カメラモジュール1Eの概略断面図である。
カメラモジュール1Eは、1本の光軸を有する光学ユニット13をカメラモジュール1E内に1個備える、単眼のカメラモジュールである。
図12のCは、カメラモジュール1Eにおけるレンズ21の平面形状を示すレンズ付き基板41の平面図である。カメラモジュール1Eは、1個の光学ユニット13を備える。
図12のDは、図12のCに示したレンズ付き基板41を得るための、基板状態のレンズ付き基板41Wの平面図である。基板状態のレンズ付き基板41Wは、図12のAに示したカメラモジュール1Eを、基板1枚につき32個得られる構成とされている。
図12のDに示されるように、基板状態のレンズ付き基板41Wでは、カメラモジュール1E用のレンズ21が、基板上に一定のピッチで複数個配置されている。
<6.第4の実施の形態のカメラモジュールの詳細構成>
次に、図13を参照して、図11に示した第4の実施の形態に係るカメラモジュール1Dの詳細構成について説明する。
図13は、図11のBに示したカメラモジュール1Dの断面図である。
カメラモジュール1Dは、複数のレンズ付き基板41a乃至41eが積層された積層レンズ構造体11と、受光素子12を含んで構成される。積層レンズ構造体11は、複数個の光学ユニット13を備える。1点鎖線84は、それぞれの光学ユニット13の光軸を表す。受光素子12は、積層レンズ構造体11の下側に配置されている。カメラモジュール1Dにおいて、上方からカメラモジュール1D内へと入射した光は、積層レンズ構造体11を透過し、積層レンズ構造体11の下側に配置された受光素子12で受光される。
積層レンズ構造体11は、積層された5枚のレンズ付き基板41a乃至41eを備える。5枚のレンズ付き基板41a乃至41eを特に区別しない場合には、単に、レンズ付き基板41と記述して説明する。
積層レンズ構造体11を構成する各レンズ付き基板41の貫通孔83の断面形状は、下側(受光素子12を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となっている
積層レンズ構造体11の上には、絞り板51が配置されている。絞り板51は、例えば、光吸収性もしくは遮光性を有する材料で形成された層を備える。絞り板51には、開口部52が設けられている。
受光素子12は、例えば、表面照射型または裏面照射型のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサで構成される。受光素子12の積層レンズ構造体11側となる上側の面には、オンチップレンズ71が形成されており、受光素子12の下側の面には、信号を入出力する外部端子72が形成されている。
積層レンズ構造体11、受光素子12、絞り板51などは、レンズバレル74に収納されている。
受光素子12の上側には、構造材73が配置されている。その構造材73を介して、積層レンズ構造体11と受光素子12とが固定されている。構造材73は、例えばエポキシ系の樹脂である。
本実施の形態では、積層レンズ構造体11は、積層された5枚のレンズ付き基板41a乃至41eを備えるが、レンズ付き基板41の積層枚数は2枚以上であれば特に限定されない。
積層レンズ構造体11を構成するそれぞれのレンズ付き基板41は、担体基板81にレンズ樹脂部82が追加された構成である。担体基板81は貫通孔83を有し、貫通孔83の内側に、レンズ樹脂部82が形成されている。レンズ樹脂部82は、上述したレンズ21を含み、担体基板81まで延在してレンズ21を担持する部位も併せて、レンズ21を構成する材料によって一体となった部分を表す。
なお、レンズ付き基板41a乃至41eそれぞれの担体基板81、レンズ樹脂部82、または、貫通孔83を区別する場合には、図13に示されるように、レンズ付き基板41a乃至41eに対応して、担体基板81a乃至81e、レンズ樹脂部82a乃至82e、または、貫通孔83a乃至83eのように記述して説明する。
<レンズ樹脂部の詳細説明>
次に、レンズ付き基板41aのレンズ樹脂部82aを例に、レンズ樹脂部82の形状について説明する。
図14は、レンズ付き基板41aを構成する担体基板81aとレンズ樹脂部82aの平面図と断面図である。
図14に示される担体基板81aとレンズ樹脂部82aの断面図は、平面図に示されているB‐B’線とC‐C’線の断面図である。
レンズ樹脂部82aは、レンズ21を構成する材料によって一体となって形成した部位であり、レンズ部91と担持部92を備える。上述した説明において、レンズ21とは、レンズ部91またはレンズ樹脂部82a全体に相当する。
レンズ部91は、レンズとしての性能を有する部位、言い換えれば、「光を屈折させて集束もしくは発散させる部位」、あるいは、「凸面や凹面や非球面などの曲面を備えた部位、もしくはフレネルレンズや回折格子を利用したレンズで用いる複数個の多角形を連続して配置した部位」である。
担持部92は、レンズ部91から担体基板81aまで延在してレンズ部91を担持する部位である。担持部92は、腕部101と脚部102で構成され、レンズ部91の外周に位置する。
腕部101は、レンズ部91の外側に、レンズ部91に接して配置し、レンズ部91から外側方向へ一定の膜厚で延在する部位である。脚部102は、担持部92のなかで腕部101以外の部分で、かつ貫通孔83aの側壁に接する部分を含む部位である。脚部102は、腕部101よりも樹脂の膜厚が厚いことが好ましい。
担体基板81aに形成された貫通孔83aの平面形状は円形であり、その断面形状は当然直径の方向によらず同じである。レンズ形成時に上型と下型の形によって決まる形状であるレンズ樹脂部82aの形状も、その断面形状が直径の方向によらず同じとなるように形成されている。
図15は、図13のカメラモジュール1Dの一部である積層レンズ構造体11と絞り板51を示す断面図である。
カメラモジュール1Dでは、モジュールに入射される光が絞り板51で絞られた後、積層レンズ構造体11の内部で広げられて、積層レンズ構造体11の下方に配置された受光素子12(図15では不図示)へと入射される。すなわち、積層レンズ構造体11全体について概観すると、モジュールに入射された光は、絞り板51の開口部52から下側に向かって、ほぼ末広がりに広がって進行する。このため、積層レンズ構造体11に備わるレンズ樹脂部82の大きさの一例として、図15の積層レンズ構造体11においては、絞り板51の直下に配置されたレンズ付き基板41aに備わるレンズ樹脂部82aが最も小さく、積層レンズ構造体11の最下層に配置されたレンズ付き基板41eに備わるレンズ樹脂部82eが最も大きくなっている。
仮にレンズ付き基板41のレンズ樹脂部82の厚さを一定にした場合、大きさが小さなレンズよりも大きなレンズを作る方が難しい。それは例えば、レンズを製造する際にレンズに加わる荷重によってレンズが変形しやすい、大きさが大きいゆえに強度を保つのが難しい、との理由による。このため、大きさが大きなレンズは、大きさが小さなレンズよりも、厚さを厚くすることが好ましい。このため、図15の積層レンズ構造体11においては、レンズ樹脂部82の厚さは、最下層に配置したレンズ付き基板41eに備わるレンズ樹脂部82eが最も厚くなっている。
図15の積層レンズ構造体11は、レンズ設計の自由度を高めるために、さらに以下の特徴の少なくとも一つを備える。
(1) 担体基板81の厚さが、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。例えば、担体基板81の厚さが、下層のレンズ付き基板41の方が厚い。
(2) レンズ付き基板41に備わる貫通孔83の開口幅が、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。例えば、貫通孔83の開口幅が、下層のレンズ付き基板41の方が大きい。
(3) レンズ付き基板41に備わるレンズ部91の直径が、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。例えば、レンズ部91の直径が、下層のレンズ付き基板41のレンズ部91の方が大きい。
(4) レンズ付き基板41に備わるレンズ部91の厚さが、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。例えば、レンズ部91の厚さが、下層のレンズ付き基板41のレンズ部91の方が厚い。
(5) レンズ付き基板41に備わるレンズ間の距離が、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。
(6) レンズ付き基板41に備わるレンズ樹脂部82の体積が、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で、異なる。例えば、レンズ樹脂部82の体積が、下層のレンズ付き基板41のレンズ樹脂部82の方が大きい。
(7) レンズ付き基板41に備わるレンズ樹脂部82の材料が、積層レンズ構造体11を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板41の間で異なる。
一般的に、カメラモジュールに入射される入射光は、垂直入射光と射入射光とを併せて含んでいる。射入射光の多くは絞り板51に当たり、そこで吸収もしくはカメラモジュール1Dの外側へ反射される。絞り板51によって絞りきれなかった射入射光は、その入射角度によっては貫通孔83の側壁に当たってしまい、そこで反射される可能性がある。
射入射光の反射光が進行する方向は、図13において示される、射入射光85の入射角度と、貫通孔83の側壁の角度とによって決まる。貫通孔83の開口幅が、入射側から受光素子12側へ向かって大きくなる、いわゆる、末広がりの形状の場合、絞り板51によって絞りきれなかった特定の入射角度の射入射光85が、貫通孔83の側壁に当たってしまった際には、それが受光素子12方向へと反射されてしまい、これが迷光あるいはノイズ光となる可能性がある。
しかしながら、図13に示した積層レンズ構造体11においては、図15に示されるように、貫通孔83は、下側(受光素子12を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となっている。この形状の場合、貫通孔83の側壁に当たった射入射光85は、下側方向いわゆる受光素子12の方向ではなく、上側方向、いわゆる入射側方向へと反射される。これにより、迷光あるいはノイズ光の発生を抑えるという作用または効果が得られる。
レンズ付き基板41の貫通孔83は、その側壁に当たって反射される光を低減するために、光吸収性の材料を側壁に配置するとなお良い。
一例として、カメラモジュール1Dをカメラとして使用する際に受光したい波長の光(例えば可視光)を、第1の光とし、その第1の光とは波長が異なる光(例えばUV光)を、第2の光とした場合、第2の光(UV光)によって硬化する樹脂に、第1の光(可視光)の吸収材料としてカーボン粒子を分散させたものを、担体基板81の表面に塗布または噴射し、貫通孔83の側壁部の樹脂のみに第2の光(UV光)を照射して硬化させ、これ以外の領域の樹脂を除去することで、貫通孔83の側壁に、第1の光(可視光)に対する光吸収性を有する材料の層を形成して良い。
図15に示した積層レンズ構造体11は、積層した複数枚のレンズ付き基板41の一番上に、絞り板51を配置した構造の例である。絞り板51は、積層した複数枚のレンズ付き基板41の一番上ではなく、中間のレンズ付き基板41のどこかに挿入して配置しても良い。
さらに別の例として、板状の絞り板51をレンズ付き基板41と別に備えるのではなく、レンズ付き基板41の表面に、光吸収性を有する材料の層を形成して、これを絞りとして機能させても良い。例えば、上記第2の光(UV光)によって硬化する樹脂に、上記第1の光(可視光)の吸収材料としてカーボン粒子を分散させたものを、レンズ付き基板41の表面に塗布または噴射し、絞りとして機能させる際に光を透過させたい領域を除いて、それ以外の領域の樹脂へ第2の光(UV光)を照射して、上記樹脂を硬化させて残し、硬化させなかった領域、すなわち絞りとして機能させる際に光を透過させたい領域、の樹脂を除去することで、レンズ付き基板41の表面に絞りを形成しても良い。
なお、上記表面に絞りを形成するレンズ付き基板41は、積層レンズ構造体11の最上層に配置されたレンズ付き基板41であって良いし、あるいは、積層レンズ構造体11の内層となるレンズ付き基板41であっても良い。
図15に示した積層レンズ構造体11は、レンズ付き基板41を積層した構造を備える。
別の実施形態として、積層レンズ構造体11は、レンズ付き基板41を複数枚と、レンズ樹脂部82を備えない担体基板81を少なくも1枚、併せて備えた構造であっても良い。この構造において、レンズ樹脂部82を備えない担体基板81は、積層レンズ構造体11の最下層もしくは最上層に配置しても良いし、積層レンズ構造体11における内側の層として配置しても良い。この構造は、例えば、積層レンズ構造体11が備える複数枚のレンズ間の距離や、積層レンズ構造体11の最下層のレンズ樹脂部82と積層レンズ構造体11の下側に配置される受光素子12との距離を、任意に設定し得る、と言う作用または効果をもたらす。
あるいはまた、この構造は、レンズ樹脂部82を備えない担体基板81の開口幅を適切に設定し、かつ、開口部を除いた領域に光吸収性を有する材料を配置することによって、これを絞り板として機能させ得る、と言う作用または効果をもたらす。
<7.カメラモジュールの第6の実施の形態>
図16は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第6の実施の形態を示す図である。
図16において、図13に示した第4の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付してあり、図13のカメラモジュール1Dと異なる部分に注目して説明する。
図16に示されるカメラモジュール1Fにおいても、図13に示したカメラモジュール1Dと同様に、入射した光が、絞り板51で絞られた後、積層レンズ構造体11の内部で広がり、積層レンズ構造体11の下方に配置された受光素子12へと入射される。すなわち、積層レンズ構造体11全体について概観すると、光は、絞り板51の開口部52から下側に向かって、末広がりに広がって進行する。
図16のカメラモジュール1Fは、積層レンズ構造体11を構成する各レンズ付き基板41の貫通孔83の断面形状が、下側(受光素子12を配置する側)に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となっている点が、図13に示したカメラモジュール1Dと異なる。
カメラモジュール1Fの積層レンズ構造体11は、入射した光が、絞り板51の開口部52から下側に向かって末広がりに広がって進行する構造であるため、貫通孔83の開口幅が下側向かって大きくなる末広がり形状は、貫通孔83の開口幅が下側に向かって小さくなる下すぼみ形状よりも、例えば、担体基板81が光路の邪魔になりにくい。これにより、レンズ設計の自由度が高いという作用をもたらす。
また、担持部92を含めたレンズ樹脂部82の基板平面方向の断面積は、貫通孔83の開口幅が下側に向かって小さくなる下すぼみ形状の場合、レンズ樹脂部82の下面においては、レンズ21に入射した光線を透過させるために特定の大きさとなり、かつ、レンズ樹脂部82の下面から上面に向かって、その断面積が大きくなって行く。
これに対して、貫通孔83の開口幅が下側向かって大きくなる末広がり形状の場合、レンズ樹脂部82の下面における断面積は、下すぼみ形状の場合と概ね同じとなるが、レンズ樹脂部82の下面から上面に向かって、その断面積が小さくなって行く。
これにより、貫通孔83の開口幅が下側に向かって大きくなる構造は、担持部92を含めたレンズ樹脂部82の大きさを、小さく抑えることができるという作用または効果をもたらす。また、これにより、先に述べたレンズが大きい場合に生じるレンズ形成の難しさを、低減できるという作用または効果をもたらす。
<8.カメラモジュールの第7の実施の形態>
図17は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第7の実施の形態を示す図である。
図17においても、図13と対応する部分については同一の符号を付してあり、図13に示したカメラモジュール1Dと異なる部分に注目して説明する。
図17のカメラモジュール1Gは、やはり、積層レンズ構造体11を構成する各レンズ付き基板41のレンズ樹脂部82と貫通孔83の形状が、図13に示したカメラモジュール1Dと異なる。
カメラモジュール1Gの積層レンズ構造体11は、貫通孔83の形状が、下側(受光素子12を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板41と、貫通孔83の形状が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板41と、の双方を備える。
貫通孔83が、下側に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板41は、先に述べたように、貫通孔83の側壁に当たった射入射光85が、上側方向いわゆる入射側方向へと反射され、これにより迷光あるいはノイズ光の発生を抑える、という作用または効果をもたらす。
そこで、図17の積層レンズ構造体11においては、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のうち、特に上側(入射側)の複数枚において、貫通孔83が、下側に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板41が用いられている。
貫通孔83が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板41は、先に述べたように、レンズ付き基板41に備わる担体基板81が光路の邪魔となりにくく、これによって、レンズ設計の自由度が増す、あるいは、レンズ付き基板41に備わる担持部92を含めたレンズ樹脂部82の大きさを小さく抑える、という作用または効果をもたらす。
図17の積層レンズ構造体11においては、光は絞りから下側に向かって、末広がりに広がって進行するため、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のうち、下側に配置した何枚かのレンズ付き基板41に備わるレンズ樹脂部82の大きさが大きい。このような大きいレンズ樹脂部82において、末広がりの形状の貫通孔83を用いると、レンズ樹脂部82の大きさを抑制する作用が大きく現れる。
そこで、図17の積層レンズ構造体11においては、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のうち、特に下側の複数枚において、貫通孔83が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板41を用いている。
<9.レンズ付き基板の詳細構成>
次に、レンズ付き基板41の詳細構成について説明する。
図18は、レンズ付き基板41の詳細構成を示す断面図である。
なお、図18では、5枚のレンズ付き基板41a乃至41eのうちの、最上層のレンズ付き基板41aが図示されているが、その他のレンズ付き基板41も同様に構成されている。
レンズ付き基板41の構成としては、図18のA乃至Cのいずれかの構成をとることができる。
図18のAに示されるレンズ付き基板41には、担体基板81に設けられた貫通孔83に対して、上面からみて貫通孔83を塞ぐようにレンズ樹脂部82が形成されている。レンズ樹脂部82は、図14を参照して説明したように、中央部のレンズ部91(不図示)と、その周辺部の担持部92(不図示)で構成される。
レンズ付き基板41の貫通孔83となる側壁には、光反射を起因とするゴーストやフレアを防止するために光吸収性もしくは遮光性を有する膜が成膜されている。これらの膜を便宜的に遮光膜121と呼ぶ。
担体基板81とレンズ樹脂部82の上側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む上側表面層122が形成されており 、担体基板81とレンズ樹脂部82の下側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層123が形成されている。
上側表面層122は、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜を構成している。反射防止膜は、例えば、低屈折膜と高屈折膜を交互に合計4層積層して構成することができる。低屈折膜は、例えば、SiOx(1≦x≦2)、SiOC、SiOFなどの酸化膜、高屈折膜は、例えば、TiO、TaO、Nb2O5などの金属酸化膜で構成される。
なお、上側表面層122の構成は、例えば、光学シミュレーションを用いて所望の反射防止性能が得られるように設計されていればよく、低屈折膜及び高屈折膜の材料、膜厚、積層数などは特に限定されない。本実施の形態では、上側表面層122の最表面は、低屈折膜となっており、その膜厚は、例えば20乃至1000nm、密度は、例えば2.2乃至2.5g/cm3、平坦度が、例えば1nm以下程度の二乗平均粗さRq(RMS)となっている。また、詳細は後述するが、この上側表面層122は、他のレンズ付き基板41と接合される際の接合膜にもなっている。
上側表面層122は、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜であって良く、中でも無機物の反射防止膜であって良い。上側表面層122は、別の例として、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む単層膜であっても良く、中でも無機物の膜であっても良い。
下側表面層123も、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜であって良く、中でも無機物の反射防止膜であって良い。下側表面層123は、別の例として、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む単層膜であっても良く、中でも無機物の膜であっても良い。
図18のB及びCのレンズ付き基板41については、図18のAに示したレンズ付き基板41と異なる部分についてのみ説明する。
図18のBに示されるレンズ付き基板41においては、担体基板81とレンズ樹脂部82の下側表面に形成されている膜が、図18のAに示したレンズ付き基板41と異なる。
図18のBのレンズ付き基板41では、担体基板81の下側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層124が形成されている一方、レンズ樹脂部82の下側表面には、下側表面層124が形成されていない。下側表面層124は、上側表面層122と同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。
このような構造は、例えば、レンズ樹脂部82を形成する前に、担体基板81の下側表面に下側表面層124を形成しておき、その後、レンズ樹脂部82を形成する製法により、形成し得る。あるいは、レンズ樹脂部82を形成した後に、レンズ樹脂部82にマスクを形成し、担体基板81上にはマスクを形成しない状態で、下側表面層124を構成する膜を、例えばPVDにより、担体基板81の下側表面に堆積させることで、形成し得る。
図18のCのレンズ付き基板41においては、担体基板81の上側表面に、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む上側表面層125が形成されている一方、レンズ樹脂部82の上側表面には、上側表面層125が形成されていない。
同様に、レンズ付き基板41の下側表面においても、担体基板81の下側表面に、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層124が形成されている一方、レンズ樹脂部82の下側表面には、下側表面層124が形成されていない。
このような構造は、例えば、レンズ樹脂部82が形成される前に、担体基板81に上側表面層125と下側表面層124を形成しておき、その後、レンズ樹脂部82を形成する製法により、形成し得る。あるいは、レンズ樹脂部82を形成した後に、レンズ樹脂部82にマスクを形成し、担体基板81上にはマスクを形成しない状態で、上側表面層125および下側表面層124を構成する膜を、例えばPVDにより、担体基板81の表面に堆積させることで、形成し得る。下側表面層124と上側表面層125は、同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。
レンズ付き基板41は、以上のように構成することができる。
<10.レンズ付き基板の製造方法>
次に、図19乃至図29を参照して、レンズ付き基板41の製造方法を説明する。
初めに、複数の貫通孔83が形成された基板状態の担体基板81Wが用意される。担体基板81Wは、例えば、通常の半導体装置に用いる、シリコンの基板を用いることができる。担体基板81Wの形状は、例えば図19のAに示されるような円形で、その直径は、例えば200mmや300mmなどとされる。担体基板81Wは、シリコンの基板ではなく、例えば、ガラスの基板、樹脂の基板、あるいは金属の基板であっても良い。
また、貫通孔83の平面形状は、本実施の形態では、図19のAに示されるように円形であるとするが、図19のBに示されるように、貫通孔83の平面形状は、例えば四角形などの多角形であっても良い。
貫通孔83の開口幅は、例えば、100μm程度から20mm程度まで採り得る。この場合、担体基板81Wには、例えば100個程度から500万個程度まで配置し得る。
本明細書においては、レンズ付き基板41の平面方向における貫通孔83の大きさを、開口幅と呼ぶ。開口幅は、特に断り書きがが無い限り、貫通孔83の平面形状が四角形である場合は一辺の長さ、貫通孔83の平面形状が円形である場合は直径を意味する。
貫通孔83は、図20に示されるように、担体基板81Wの第1の表面における第1の開口幅131よりも、第1の表面と対向する第2の表面における第2の開口幅132の方が、小さくなっている。
第1の開口幅131よりも第2の開口幅132の方が小さい貫通孔83の3次元形状の例として、貫通孔83は、図20のAに示される円錐台の形状であって良いし、多角形の角錐台の形状であっても良い。貫通孔83の側壁の断面形状は、図20のAに示されるような直線であって良いし、図20のBに示されるような曲線であってもよい。あるいはまた、図20のCに示されるように、段差があっても良い。
第1の開口幅131よりも第2の開口幅132の方が小さい形状である貫通孔83は、貫通孔83内に樹脂を供給し、この樹脂を、第1と第2の表面のそれぞれから対向する方向へ型部材で押すことでレンズ樹脂部82を形成する際に、レンズ樹脂部82となる樹脂が、対向する2つの型部材からの力を受けて、貫通孔83の側壁に押し付けられる。これにより、レンズ樹脂部82となる樹脂と担体基板との密着強度が高くなるという作用をもたらし得る。
なお、貫通孔83の他の実施の形態として、第1の開口幅131と第2の開口幅132が等しい形状、すなわち貫通孔83の側壁の断面形状が垂直となる形状であっても良い。
<ウェットエッチングを用いた貫通孔の形成方法>
担体基板81Wの貫通孔83は、担体基板81Wをウェットエッチングにより、エッチングすることによって形成することができる。具体的には、担体基板81Wをエッチングする前に、担体基板81Wの非開口領域がエッチングされることを防ぐためのエッチングマスクが、担体基板81Wの表面に形成される。エッチングマスクの材料には、例えばシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの絶縁膜が用いられる。エッチングマスクは、エッチングマスク材料の層を担体基板81Wの表面に形成し、この層に貫通孔83の平面形状となるパターンを開口することで、形成される。エッチングマスクが形成された後、担体基板81Wをエッチングすることにより、担体基板81Wに貫通孔83が形成される。
担体基板81Wとして、例えば、基板表面方位が(100)の単結晶シリコンを使用する場合、貫通孔83を形成するためには、KOHなどのアルカリ性の溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングを採用することができる。
基板表面方位が(100)の単結晶シリコンである担体基板81Wに、KOHなどのアルカリ性の溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングを行うと、開口側壁に(111)面が現れるようにエッチングが進行する。その結果、エッチングマスクの開口部の平面形状が円形もしくは四角形のどちらであっても、平面形状が四角形であって、貫通孔83の開口幅は第1の開口幅131よりも第2の開口幅132の方が小さく、貫通孔83の3次元形状が角錐台もしくはこれに類似の形状となる貫通孔83が得られる。角錐台となる貫通孔83の側壁の角度は、基板平面に対して、約55°の角度となる。
貫通孔形成のためのエッチングは、別の実施の例として、国際公開第2011/010739号などに開示された、結晶方位の制約を受けずに任意の形状にシリコンをエッチング可能な薬液を用いたウェットエッチングによって行っても良い。この薬液としては、例えば、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液に、界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコールの少なくとも1つを加えた薬液、もしくは、KOH水溶液にイソプロピルアルコールを加えた薬液、などを採用することができる。
基板表面方位が(100)の単結晶シリコンである担体基板81Wに、上述したいずれかの薬液を用いて貫通孔83形成のためのエッチングを行うと、エッチングマスクの開口部の平面形状が円形である場合は、平面形状が円形であって、第1の開口幅131よりも第2の開口幅132の方が小さく、3次元形状が円錐台もしくはこれに類似の形状、となる貫通孔83が得られる。
エッチングマスクの開口部の平面形状が四角形である場合には、平面形状が四角形であって、開口幅は第1の開口幅131よりも第2の開口幅132の方が小さく、3次元形状が角錐台もしくはこれに類似の形状、となる貫通孔83が得られる。上記円錐台もしくは角錐台となる貫通孔83の側壁の角度は、基板平面に対して、約45°の角度となる。
<ドライエッチングを用いた貫通孔の形成方法>
また、貫通孔83形成のエッチングには、上述したウェットエッチングではなく、ドライエッチングを用いることも可能である。
図21を参照して、ドライエッチングを用いた貫通孔83の形成方法について説明する。
図21のAに示されるように、担体基板81Wの一方の表面に、エッチングマスク141が形成される。エッチングマスク141は、貫通孔83を形成する部分が開口されたマスクパターンとなっている。
次に、図21のBに示されるように、エッチングマスク141の側壁を保護するための保護膜142が形成された後、図21のCに示されるように、ドライエッチングにより担体基板81Wが所定の深さでエッチングされる。ドライエッチング工程により、担体基板81W表面とエッチングマスク141表面の保護膜142は除去されるが、エッチングマスク141側面の保護膜142は残存し、エッチングマスク141の側壁は保護される。エッチング後、図21のDに示されるように、側壁の保護膜142が除去され、エッチングマスク141が、開口パターンのパターンサイズを大きくする方向に後退される。
そして、再び、図21のB乃至Dの保護膜形成工程、ドライエッチング工程、エッチングマスク後退工程が、複数回繰り返し行われる。これにより、図21のEに示されるように、担体基板81Wは、周期性のある段差を持つ階段形状(凹凸形状)となるようにエッチングされる。
最後に、エッチングマスク141が除去されると、図21のFに示されるように、階段形状の側壁をもつ貫通孔83が、担体基板81Wに形成される。貫通孔83の階段形状の平面方向の幅(1段の幅)は、例えば、400nm乃至1μm程度とされる。
以上のようにドライエッチングを用いて貫通孔83を形成する場合には、保護膜形成工程、ドライエッチング工程、エッチングマスク後退工程が繰り返し実行される。
貫通孔83の側壁が周期性のある階段形状(凹凸形状)であることにより、入射光の反射を抑制することができる。また、仮に、貫通孔83の側壁がランダムな大きさの凹凸形状である場合には、貫通孔83内に形成されるレンズと側壁との間の密着層にボイド(空隙)が発生し、そのボイドが原因でレンズとの密着性が低下する場合がある。しかしながら、上述した形成方法によれば、貫通孔83の側壁は周期性のある凹凸形状となるので、密着性が向上し、レンズ位置ずれによる光学特性の変化を抑制することができる。
各工程で使用される材料の一例としては、例えば、担体基板81Wは単結晶シリコン、エッチングマスク141はフォトレジスト、保護膜142は、C4F8やCHF3などのガスプラズマを用いて形成するフロカーボンポリマー、エッチング処理は、SF6/O2、C4F8/SF6などFを含むガスを用いたプラズマエッチング、マスク後退工程は、O2ガス、CF4/O2などO2を含むプラズマエッチングとすることができる。
あるいはまた、担体基板81Wは単結晶シリコン、エッチングマスク141はSiO2、エッチングは、Cl2を含むプラズマ、保護膜142は、O2プラズマを用いてエッチング対象材を酸化させた酸化膜、エッチング処理は、Cl2を含むガスを用いたプラズマエッチングマスク後退工程は、CF4/O2などFを含むガスを用いたプラズマエッチングとすることができる。
以上のように、ウェットエッチング、または、ドライエッチングにより、担体基板81Wに、複数の貫通孔83を同時形成することができるが、担体基板81Wには、図22のAに示されるように、貫通孔83を形成していない領域に貫通溝151を形成しても良い。
図22のAは、貫通孔83に加えて貫通溝151を形成した担体基板81Wの平面図である。
貫通溝151は、例えば、図22のAに示されるように、行列状に配置された複数個の貫通孔83を避けて、行方向と列方向のそれぞれの貫通孔83の間の一部にだけ配置される。
また、担体基板81Wの貫通溝151は、積層レンズ構造体11を構成する各レンズ付き基板41どうしで、同一の位置に配置することができる。この場合には、積層レンズ構造体11として複数枚の担体基板81Wが積層された状態では、図22のBの断面図のように、複数枚の担体基板81Wの貫通溝151が、複数枚の担体基板81Wの間で貫通した構造となる。
レンズ付き基板41の一部としての担体基板81Wの貫通溝151は、例えば、レンズ付き基板41を変形させる応力がレンズ付き基板41の外部から働く場合に、応力によるレンズ付き基板41の変形を緩和する作用または効果をもたらし得る。
あるいは、貫通溝151は、例えば、レンズ付き基板41を変形させる応力がレンズ付き基板41の内部から発生する場合に、応力によるレンズ付き基板41の変形を緩和する作用または効果をもたらし得る。
<レンズ付き基板の製造方法>
次に、図23を参照して、基板状態のレンズ付き基板41Wの製造方法について説明する。
初めに、図23のAに示されるように、貫通孔83が複数形成された担体基板81Wが用意される。貫通孔83の側壁には遮光膜121が成膜されている。図23では、紙面の制約上、2個の貫通孔83のみが示されているが、実際には、図19で示したように、担体基板81Wの平面方向に、多数の貫通孔83が形成されている。また、担体基板81Wの外周に近い領域には、位置合わせのためのアライメントマーク(不図示)が形成されている。
担体基板81W上側の表側平坦部171と、下側の裏側平坦部172は、後の工程で行われるプラズマ接合が可能な程度に平坦に形成された平坦面となっている。担体基板81Wの厚みは、最終的にレンズ付き基板41として個片化され、他のレンズ付き基板41と重ねられた際に、レンズ間距離を決定するスペーサとしての役割も担っている。
担体基板81Wには、熱膨張係数が10ppm/℃以下の低熱膨張係数の基材を用いるのが好ましい。
次に、図23のBに示されるように、凹形状の光学転写面182が一定の間隔で複数配置された下型181の上に、担体基板81Wが配置される。より詳しくは、凹形状の光学転写面182が担体基板81Wの貫通孔83の内側に位置するように、担体基板81Wの裏側平坦部172と下型181の平坦面183とが重ね合わされる。下型181の光学転写面182は、担体基板81Wの貫通孔83と1対1に対応するように形成されており、対応する光学転写面182と貫通孔83の中心が光軸方向で一致するように、担体基板81Wと下型181の平面方向の位置が調整される。下型181は、硬質の型部材で形成されており、例えば、金属やシリコン、石英、ガラスで構成される。
次に、図23のCに示されるように、重ね合わされた下型181と担体基板81Wの貫通孔83の内側に、エネルギー硬化性樹脂191が充填(滴下)される。レンズ樹脂部82は、このエネルギー硬化性樹脂191を用いて形成される。そのため、エネルギー硬化性樹脂191は、気泡を含まないようにあらかじめ脱泡処理されていることが好ましい。脱泡処理としては、真空脱泡処理、または、遠心力による脱泡処理であることが好ましい。また、真空脱泡処理は充填後に行うことが好ましい。脱泡処理を行うことにより、気泡を抱き込むことなく、レンズ樹脂部82の成形が可能となる。
次に、図23のDに示されるように、重ね合わされた下型181と担体基板81Wの上に、上型201が配置される。上型201には、凹形状の光学転写面202が一定の間隔で複数配置されており、下型181を配置したときと同様に、貫通孔83の中心と光学転写面202の中心が光軸方向で一致するように、精度良く位置決めされた上で、上型201が配置される。
紙面上の縦方向となる高さ方向については、上型201と下型181との間隔を制御する制御装置により、上型201と下型181との間隔が予め定めた距離となるように、上型201の位置が固定される。このとき、上型201の光学転写面202と下型181の光学転写面182とで挟まれる空間は、光学設計によって計算されたレンズ樹脂部82(レンズ21)の厚みと等しくなる。
あるいはまた、図23のEに示されるように、下型181を配置したときと同様に、上型201の平坦面203と、担体基板81Wの表側平坦部171とを、重ね合わせても良い。この場合、上型201と下型181との距離は、担体基板81Wの厚みと同値となり、平面方向及び高さ方向の高精度な位置合わせが可能となる。
上型201と下型181との間隔が予め設定した距離となるように制御したとき、上述した図23のCの工程において、担体基板81Wの貫通孔83の内側に滴下されたエネルギー硬化性樹脂191の充填量は、担体基板81Wの貫通孔83と、その上下の上型201及び下型181とで囲まれる空間から溢れないようにコントロールされた量となっている。これにより、エネルギー硬化性樹脂191の材料を無駄にすることなく、製造コストを削減することができる。
続いて、図23のEに示される状態において、エネルギー硬化性樹脂191の硬化処理が行われる。エネルギー硬化性樹脂191は、例えば、熱またはUV光をエネルギーとして与え、所定の時間放置することで、硬化する。硬化中には、上型201を下方向に押し込んだり、アライメントをすることにより、エネルギー硬化性樹脂191の収縮による変形を最小限に抑制することができる。
エネルギー硬化性樹脂191の代わりに、熱可塑性樹脂を用いても良い。その場合には、図23のEに示される状態において、上型201と下型181を昇温することでエネルギー硬化性樹脂191がレンズ形状に成形され、冷却することで硬化する。
次に、図23のFに示されるように、上型201と下型181の位置を制御する制御装置が、上型201を上方向、下型181を下方向へ移動させて、上型201と下型181を担体基板81Wから離型する。上型201と下型181が担体基板81Wから離型されると、担体基板81Wの貫通孔83の内側に、レンズ21を含むレンズ樹脂部82が形成されている。
なお、担体基板81Wと接触する上型201と下型181の表面をフッ素系またはシリコン系等の離型剤でコーティングしてもよい。そのようにすることにより、上型201と下型181から担体基板81Wを容易に離型することができる。また、担体基板81Wとの接触面から容易に離型する方法として、フッ素含有DLC(Diamond Like Carbon)等の各種コーティングを行ってもよい。
次に、図23のGに示されるように、担体基板81Wとレンズ樹脂部82の表面に上側表面層122が形成され、担体基板81Wとレンズ樹脂部82の裏面に、下側表面層123が形成される。上側表面層122及び下側表面層123の成膜前後において、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing)等を行うことで、担体基板81Wの表側平坦部171と裏側平坦部172を平坦化してもよい。
以上のように、担体基板81Wに形成された貫通孔83に、エネルギー硬化性樹脂191を上型201と下型181を用いて加圧成型(インプリント)することで、レンズ樹脂部82を形成し、レンズ付き基板41を製造することができる。
光学転写面182及び光学転写面202の形状は、上述した凹形状に限定されるものではなく、レンズ樹脂部82の形状に応じて適宜決定される。図15に示したように、レンズ付き基板41a乃至41eのレンズ形状は、光学系設計により導出された様々な形状をとることができ、例えば、両凸形状、両凹形状、平凸形状、平凹形状、凸メニスカス形状、凹メニスカス形状、更には高次非球面形状などでもよい。
また、光学転写面182及び光学転写面202の形状は、形成後のレンズ形状がモスアイ構造となる形状とすることもできる。
上述した製造方法によれば、エネルギー硬化性樹脂191の硬化収縮によるレンズ樹脂部82どうしの平面方向の距離の変動を、担体基板81Wの介在によって断ち切ることができるので、レンズ距離間精度を高精度に制御することができる。また、強度の弱いエネルギー硬化性樹脂191を、強度の強い担体基板81Wによって補強する効果がある。これにより、ハンドリング性の良いレンズを複数配置したレンズアレイ基板を提供することができるとともに、レンズアレイ基板の反りを抑制できる効果を有する。
<貫通孔形状が多角形の例>
図19のBに示したように、貫通孔83の平面形状は、例えば四角形などの多角形であっても良い。
図24は、貫通孔83の平面形状が四角形である場合の、レンズ付き基板41aの担体基板81aとレンズ樹脂部82aの平面図と断面図である。
図24におけるレンズ付き基板41aの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
B‐B’線断面図とC‐C’線断面図を比較して判るように、貫通孔83aが四角形の場合、貫通孔83aの中心から貫通孔83aの上部外縁までの距離、および、貫通孔83aの中心から貫通孔83aの下部外縁までの距離は、四角形である貫通孔83aの辺方向と対角線方向とで異なり、対角線方向の方が大きい。このため、貫通孔83aの平面形状が四角形の場合、レンズ部91を円形にすると、レンズ部91外周から貫通孔83a側壁までの距離、言い換えれば、担持部92の長さを、四角形の辺方向と対角線方向とで異なる長さにする必要がある。
そこで、図24に示されるレンズ樹脂部82aは、以下の構造を備える。
(1)レンズ部91の外周に配置した腕部101の長さは、四角形の辺方向と対角線方向とで同じである。
(2)腕部101の外側に配置し、貫通孔83a側壁まで延在する脚部102の長さは、四角形の辺方向の脚部102の長さよりも対角線方向の脚部102の長さの方を、長くしている。
図24に示されるように、脚部102は、レンズ部91に直接は接していない一方、腕部101は、レンズ部91に直接接している。
図24のレンズ樹脂部82aでは、レンズ部91に直接接している腕部101の長さと厚さを、レンズ部91の外周全体に渡って一定にすることで、レンズ部91全体を偏りなく一定の力で支える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、レンズ部91全体を偏りなく一定の力で支えることにより、例えば、貫通孔83aを取り囲む担体基板81aから、貫通孔83aの外周全体に渡って応力が加わるような場合には、これをレンズ部91全体に偏りなく伝えることで、レンズ部91の特定の部分だけに偏って応力が伝わることを抑える、という作用または効果をもたらし得る。
図25は、平面形状が四角形である貫通孔83のその他の例について示す、レンズ付き基板41aの担体基板81aとレンズ樹脂部82aの平面図と断面図である。
図25におけるレンズ付き基板41aの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
図25においても、図22と同様に、貫通孔83aの中心から貫通孔83aの上部外縁までの距離、および、貫通孔83aの中心から貫通孔83aの下部外縁までの距離は、四角形である貫通孔83aの辺方向と対角線方向とで異なり、対角線方向の方が大きい。このため、貫通孔83aの平面形状が四角形の場合、レンズ部91を円形にすると、レンズ部91外周から貫通孔83a側壁までの距離、言い換えれば、担持部92の長さを、四角形の辺方向と対角線方向とで異なる長さにする必要がある。
そこで、図25に示されるレンズ樹脂部82aは、以下の構造を備える。
(1)レンズ部91の外周に配置した脚部102の長さを、貫通孔83aの四角形の4つの辺に沿って、一定にしている。
(2)上記(1)の構造を実現するために、腕部101の長さは、四角形の辺方向の腕部の長さよりも対角線方向の腕部の長さの方を、長くしている。
図25に示されるように、脚部102は腕部101よりも、樹脂の膜厚が厚い。このため、レンズ付き基板41aの平面方向の単位面積当たりの体積も、脚部102は腕部101よりも大きい。
図25の実施例では、脚部102の体積をできるだけ小さくし、かつ、貫通孔83aの四角形の4辺に沿って一定にすることで、例えば樹脂の膨潤のような変形が発生するような場合には、これによる体積変化をできるだけ抑え、かつ体積変化がレンズ部91の外周全体に渡ってできるだけ偏らないようにする、という作用または効果をもたらし得る。
図26は、レンズ付き基板41のレンズ樹脂部82と貫通孔83の他の実施形態を示す断面図である。
図26に示されるレンズ樹脂部82と貫通孔83は、以下の構造を備える。
(1)貫通孔83の側壁は、段付き部221を備える段付き形状である。
(2)レンズ樹脂部82の担持部92の脚部102が、貫通孔83の側壁上方に配置されるだけでなく、貫通孔83に備わる段付き部221の上にも、レンズ付き基板41の平面方向に延在している。
図27を参照して、図26に示した段付き形状の貫通孔83の形成方法について説明する。
初めに、図27のAに示されるように、担体基板81Wの一方の面に、貫通孔開口の際のウェットエッチングに対する耐性を有するエッチングストップ膜241が形成される。エッチングストップ膜241は、例えば、シリコン窒化膜とすることができる。
次いで、担体基板81Wのもう一方の面に、貫通孔開口の際のウェットエッチングに対する耐性を有するハードマスク242が形成される。ハードマスク242も、例えばシリコン窒化膜とすることができる。
次に、図27のBに示されるように、ハードマスク242の所定の領域が、1回目のエッチングのために開口される。1回目のエッチングでは、貫通孔83の段付き部221の上段となる部分がエッチングされる。このため、1回目のエッチングのためのハードマスク242の開口部は、図26に記載のレンズ付き基板41の上側基板表面における開口に対応した領域となる。
次に、図27のCに示されるように、ウェットエッチングにより、ハードマスク242の開口部に応じて、担体基板81Wが所定の深さ分だけエッチングされる。
次に、図27のDに示されるように、エッチング後の担体基板81Wの表面に、ハードマスク243が改めて形成され、貫通孔83の段付き部221の下側となる部分に対応してハードマスク243が開口される。2回目のハードマスク243も、例えばシリコン窒化膜を採用することができる。
次に、図27のEに示されるように、ウェットエッチングにより、ハードマスク243の開口部に応じて、エッチングストップ膜241に到達するまで担体基板81Wがエッチングされる。
最後に、図27のFに示されるように、担体基板81Wの上側表面のハードマスク243と、下側表面のエッチングストップ膜241が除去される。
以上のように、ウェットエッチングによる貫通孔形成のための担体基板81Wのエッチングを2回に分けて行うことで、図26に示した段付き形状の貫通孔83が得られる。
図28は、貫通孔83aが段付き部221を有し、かつ、貫通孔83aの平面形状が円形である場合の、レンズ付き基板41aの担体基板81aとレンズ樹脂部82aの平面図と断面図である。
図28におけるレンズ付き基板41aの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
貫通孔83aの平面形状が円形である場合、貫通孔83aの断面形状は当然直径の方向によらず同じである。これに加えて、レンズ樹脂部82aの外縁、腕部101、及び脚部102の断面形状も、直径の方向によらず同じとなるように形成されている。
図28の段付き形状を有する貫通孔83aは、貫通孔83a内に段付き部221を備えない図14の貫通孔83aと比較して、レンズ樹脂部82の担持部92の脚部102が、貫通孔83aの側壁と接触する面積を大きくできる、という作用または効果をもたらす。また、これにより、レンズ樹脂部82と貫通孔83aの側壁との密着強度、言い換えれば、レンズ樹脂部82aと担体基板81Wとの密着強度を増加させる、という作用または効果をもたらす。
図29は、貫通孔83aが段付き部221を有し、かつ、貫通孔83aの平面形状が四角形である場合の、レンズ付き基板41aの担体基板81aとレンズ樹脂部82aの平面図と断面図である。
図29におけるレンズ付き基板41aの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
図29に示されるレンズ樹脂部82と貫通孔83は、以下の構造を備える。
(1)レンズ部91の外周に配置した腕部101の長さは、四角形の辺方向と対角線方向とで同じである。
(2)腕部101の外側に配置し、貫通孔83aの側壁まで延在する脚部102の長さは、四角形の辺方向の脚部102の長さよりも、対角線方向の脚部102の長さが長い。
図29に示されるように、脚部102は、レンズ部91に直接は接していない一方、腕部101は、レンズ部91に直接接している。
図29のレンズ樹脂部82aでは、図24に記載のレンズ樹脂部82aと同様に、レンズ部91に直接接している腕部101の長さと厚さを、レンズ部91の外周全体に渡って一定にすることで、レンズ部91全体を偏りなく一定の力で支える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、レンズ部91全体を偏りなく一定の力で支えることにより、例えば、貫通孔83aを取り囲む担体基板81aから、貫通孔83aの外周全体に渡って応力が加わるような場合には、これをレンズ部91全体に偏りなく伝えることで、レンズ部91の特定の部分だけに偏って応力が伝わることを抑える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、図29の貫通孔83aの構造は、貫通孔83a内に段付き部221を備えない図24等の貫通孔83aと比較して、レンズ樹脂部82aの担持部92の脚部102が、貫通孔83aの側壁と接触する面積を大きくできる、という作用または効果をもたらす。これにより、レンズ樹脂部82aと貫通孔83aの側壁部との密着強度、言い換えれば、レンズ樹脂部82aと担体基板81aとの密着強度が増加する、という作用または効果をもたらす。
<11.レンズ付き基板どうしの直接接合>
次に、複数のレンズ付き基板41が形成された基板状態のレンズ付き基板41Wどうしの直接接合について説明する。
以下の説明では、図30に示されるように、複数のレンズ付き基板41aが形成された基板状態のレンズ付き基板41Wを、レンズ付き基板41W−aと記述し、複数のレンズ付き基板41bが形成された基板状態のレンズ付き基板41Wを、レンズ付き基板41W−bと記述する。その他のレンズ付き基板41c乃至41eについても同様に表す。
図31を参照して、基板状態のレンズ付き基板41W−aと、基板状態のレンズ付き基板41W−bとの直接接合について説明する。
なお、図31では、レンズ付き基板41W−aの各部と対応するレンズ付き基板41W−bの部分には、レンズ付き基板41W−aと同じ符号を付して説明する。
レンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bの上側表面には、上側表面層122または125が形成されている。レンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bの下側表面には、下側表面層123または124が形成されている。そして、図31のAに示されるように、レンズ付き基板41W−aと41W−aの接合される面となる、レンズ付き基板41W−aの裏側平坦部172を含む下側表面全体、及び、レンズ付き基板41W−bの表側平坦部171を含む上側表面全体に、プラズマ活性処理が施される。プラズマ活性処理に使用されるガスは、O2、N2、He、Ar、H2などプラズマ処理可能なガスであれば何でもよい。ただし、プラズマ活性処理に使用されるガスとして、上側表面層122及び下側表面層123の構成元素と同じガスを使用すると、上側表面層122及び下側表面層123の膜自体の変質を抑制することができるので、好ましい。
そして、図31のBに示されるように、活性化された表面状態のレンズ付き基板41W−aの裏側平坦部172と、レンズ付き基板41W−bの表側平坦部171とを貼り合せる。
このレンズ付き基板どうしの貼り合せ処理により、レンズ付き基板41W−aの下側表面層123または124の表面のOH基の水素とレンズ付き基板41W−bの上側表面層122または125の表面のOH基の水素との間に水素結合が生じる。これにより、レンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bとが固定される。このレンズ付き基板どうしの貼り合せ処理は、大気圧の条件下で行い得る。
上記貼り合せ処理を行ったレンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bに、アニール処理を加える。これによりOH基どうしが水素結合した状態から脱水縮合が起きて、レンズ付き基板41W−aの下側表面層123または124と、レンズ付き基板41W−bの上側表面層122または125との間に、酸素を介した共有結合が形成される。あるいは、レンズ付き基板41W−aの下側表面層123または124に含まれる元素と、レンズ付き基板41W−bの上側表面層122または125に含まれる元素とが共有結合する。これらの結合により、2枚のレンズ付き基板が強固に固定される。このように、上側に配置したレンズ付き基板41Wの下側表面層123または124と、下側に配置したレンズ付き基板41Wの上側表面層122または125との間に共有結合が形成され、これによって2枚のレンズ付き基板が固定されることを、本発明では直接接合と呼ぶ。特許文献1が開示する複数枚のレンズ付き基板を基板全面に渡って樹脂によって固着する方法は、樹脂の硬化収縮や熱膨張とこれによるレンズの変形の懸念がある。これに対して、本発明の直接接合は、複数枚のレンズ付き基板を固定する際に樹脂を用いないため、これによる硬化収縮や熱膨張を起こすことなく、複数枚のレンズ付き基板を固定することができる、という作用または効果をもたらす。
上記アニール処理も、大気圧の条件下で行い得る。このアニール処理は、脱水縮合を行うため、100℃以上または150℃以上もしくは200℃以上で行い得る。一方、このアニール処理は、レンズ樹脂部82を形成するためのエネルギー性硬化樹脂191を熱から保護する観点やエネルギー性硬化樹脂191からの脱ガスを抑える観点から、400℃以下または350℃以下もしくは300℃以下で行い得る。
上記レンズ付き基板どうしの貼り合せ処理あるいは上記レンズ付き基板どうしの直接接合処理を、仮に大気圧以外の条件下で行った場合には、接合されたレンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bを大気圧の環境に戻すと、接合されたレンズ樹脂部82とレンズ樹脂部82との間の空間と、レンズ樹脂部82の外部との圧力差が生じてしまう。この圧力差により、レンズ樹脂部82に圧力が加わり、レンズ樹脂部82が変形してしまう懸念がある。
上記レンズ付き基板どうしの貼り合せ処理あるいは上記レンズ付き基板どうしの直接接合処理の双方を、大気圧の条件下で行うことは、接合を大気圧以外の条件下で行った場合に懸念されるレンズ樹脂部82の変形を回避することができる、という作用または効果をもたらす。
プラズマ活性処理を施した基板を直接接合する、言い換えればプラズマ接合することで、例えば、接着剤として樹脂を用いた場合のような流動性、熱膨張を抑制することができるので、レンズ付き基板41W−aとレンズ付き基板41W−bを接合する際の位置精度を向上させることができる。
レンズ付き基板41W−aの裏側平坦部172と、レンズ付き基板41W−bの表側平坦部171には、上述したように、上側表面層122または下側表面層123が成膜されている。この上側表面層122及び下側表面層123は、先に行ったプラズマ活性処理により、ダングリングボンドが形成されやすくなっている。即ち、レンズ付き基板41W−aの裏側平坦部172に成膜した下側表面層123と、レンズ付き基板41W−bの表側平坦部171に成膜した上側表面層122は、接合強度を増加させる役割も有している。
また、上側表面層122または下側表面層123が酸化膜で構成されている場合には、プラズマ(O2)による膜質変化の影響を受けないため、レンズ樹脂部82に対しては、プラズマによる腐食を抑制する効果も有する。
以上のように、複数のレンズ付き基板41aが形成された基板状態のレンズ付き基板41W−aと、複数のレンズ付き基板41bが形成された基板状態のレンズ付き基板41W−が、プラズマによる表面活性化処理を施したうえで直接接合される、言い換えれば、プラズマ接合を用いて接合される。
図32は、図31を参照して説明した基板状態のレンズ付き基板41Wどうしの接合方法を用いて、図13の積層レンズ構造体11に対応する5枚のレンズ付き基板41a乃至41eを基板状態で積層する第1の積層方法を示している。
最初に、図32のAに示されるように、積層レンズ構造体11において最下層に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−eが用意される。
次に、図32のBに示されるように、積層レンズ構造体11において下から2層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−dが、基板状態のレンズ付き基板41W−eの上に接合される。
次に、図32のCに示されるように、積層レンズ構造体11において下から3層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−cが、基板状態のレンズ付き基板41W−dの上に接合される。
次に、図32のDに示されるように、積層レンズ構造体11において下から4層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−bが、基板状態のレンズ付き基板41W−cの上に接合させる。
次に、図32のEに示されるように、積層レンズ構造体11において下から5層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−aが、基板状態のレンズ付き基板41W−bの上に接合される。
最後に、図32のFに示されるように、積層レンズ構造体11においてレンズ付き基板41aの上層に位置する絞り板51Wが、基板状態のレンズ付き基板41W−aの上に接合される。
以上のように、基板状態の5枚のレンズ付き基板41W-a乃至41W-eを、積層レンズ構造体11における下層のレンズ付き基板41Wから、上層のレンズ付き基板41Wへと、1枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体11Wが得られる。
図33は、図31を参照して説明した基板状態のレンズ付き基板41Wどうしの接合方法を用いて、図13の積層レンズ構造体11に対応する5枚のレンズ付き基板41a乃至41eを基板状態で積層する第2の積層方法を示している。
最初に、図33のAに示されるように、積層レンズ構造体11においてレンズ付き基板41aの上層に位置する絞り板51Wが用意される。
次に、図33のBに示されるように、積層レンズ構造体11において最上層に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−aが、上下を反転させたうえで、絞り板51Wの上に接合される。
次に、図33のCに示されるように、積層レンズ構造体11において上から2層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−bが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板41W−aの上に接合される。
次に、図33のDに示されるように、積層レンズ構造体11において上から3層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−cが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板41W−bの上に接合される。
次に、図33のEに示されるように、積層レンズ構造体11において上から4層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−dが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板41W−cの上に接合される。
最後に、図33のFに示されるように、積層レンズ構造体11において上から5層目に位置する基板状態のレンズ付き基板41W−eが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板41W−dの上に接合される。
以上のように、基板状態の5枚のレンズ付き基板41W-a乃至41W-eを、積層レンズ構造体11における上層のレンズ付き基板41Wから、下層のレンズ付き基板41Wへと、1枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体11Wが得られる。
図32または図33で説明した積層方法により積層した基板状態の5枚のレンズ付き基板41W-a乃至41W-eは、ブレード若しくはレーザなどを用いてモジュール単位またはチップ単位に個片化されることで、5枚のレンズ付き基板41a乃至41eが積層された積層レンズ構造体11となる。
<12.カメラモジュールの第8及び第9の実施の形態>
図34は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第8の実施の形態を示す図である。
図35は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第9の実施の形態を示す図である。
図34及び図35の説明では、図13に示したカメラモジュールEと異なる部分についてのみ説明する。
図34のカメラモジュール1Hと図35のカメラモジュール1Jは、図13に示したカメラモジュールEにおける構造材73の部分が異なる構造に置き換えられている。
図34のカメラモジュール1Hでは、カメラモジュール1Jにおける構造材73の部分が、構造材301a及び301bと、光透過性基板302に置き換えられている。
具体的には、受光素子12の上側の一部に、構造材301aが配置されている。その構造材301aを介して、受光素子12と光透過性基板302が固定されている。構造材301aは、例えばエポキシ系の樹脂である。
光透過性基板302の上側には、構造材301bが配置されている。その構造材301bを介して、光透過性基板302と積層レンズ構造体11が固定されている。構造材301bは、例えばエポキシ系の樹脂である。
これに対して、図35のカメラモジュール1Jでは、図34のカメラモジュール1Hの構造材301aの部分が、光透過性を有する樹脂層311に置き換えられている。
樹脂層311は、受光素子12の上側全面に配置されている。その樹脂層311を介して、受光素子12と光透過性基板302が固定されている。受光素子12の上側全面に配置された樹脂層311は、光透過性基板302の上方から光透過性基板302に応力が加わった場合に、これが受光素子12の一部の領域に集中して印加されることを防ぎ、受光素子12全面に応力を分散させて受け止める作用または効果をもたらす。
光透過性基板302の上側には、構造材301bが配置されている。その構造材301bを介して、光透過性基板302と積層レンズ構造体11が固定されている。
図34のカメラモジュール1Hと図35のカメラモジュール1Jは、受光素子12の上側に光透過性基板302を備える。光透過性基板302は、例えば、カメラモジュール1Hまたは1Jを製造する途中で、受光素子12に傷が着くことを抑える、という作用または効果をもたらす。
<13.カメラモジュールの第10の実施の形態>
図36は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第10の実施の形態を示す図である。
図36に示されるカメラモジュール1Jにおいて、積層レンズ構造体11は、レンズバレル74に収納されている。レンズバレル74は、シャフト331に沿って移動する移動部材332と、固定部材333で固定されている。レンズバレル74が不図示の駆動モータによってシャフト331の軸方向に移動されることにより、積層レンズ構造体11から受光素子12の撮像面までの距離が調整される。
レンズバレル74、シャフト331、移動部材332、及び、固定部材333は、ハウジング334に収納されている。受光素子12の上部には保護基板335が配置され、保護基板335とハウジング334が、接着剤336により接続されている。
上記の積層レンズ構造体11を移動させる機構は、カメラモジュール1Jを用いたカメラが、画像を撮影する際に、オートフォーカス動作を行うことを可能にする、という作用または効果をもたらす。
<14.カメラモジュールの第11の実施の形態>
図37は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第11の実施の形態を示す図である。
図37のカメラモジュール1Lは、圧電素子による焦点調節機構を追加したカメラモジュールである。
即ち、カメラモジュール1Lでは、図34のカメラモジュール1Hと同様に、受光素子12の上側の一部に、構造材301aが配置されている。その構造材301aを介して、受光素子12と光透過性基板302が固定されている。構造材301aは、例えばエポキシ系の樹脂である。
光透過性基板302の上側には、圧電素子351が配置されている。その圧電素子351を介して、光透過性基板302と積層レンズ構造体11が固定されている。
カメラモジュール1Lでは、積層レンズ構造体11の下側に配置した圧電素子351へ電圧を印加および遮断することで、積層レンズ構造体11を上下方向に移動させることができる。積層レンズ構造体11を移動する手段としては、圧電素子351に限らず、電圧の印加および遮断によって形状が変化する他のデバイスを用いることができる。例えばMEMSデバイスを用いることができる。
上記の積層レンズ構造体11を移動させる機構は、カメラモジュール1Lを用いたカメラが、画像を撮影する際に、オートフォーカス動作を行うことを可能にする、という作用または効果をもたらす。
<15.他の構造と比較した本構造の効果>
積層レンズ構造体11は、レンズ付き基板41どうしを直接接合により固着させた構造(以下、本構造という。)である。本構造の作用及び効果について、レンズが形成されたレンズ付き基板のその他の構造と比較して説明する。
<比較構造例1>
図38は、本構造と比較するための第1の基板構造(以下、比較構造例1という。)であって、特開2011−138089号公報(以下、比較文献1という。)において図14(b)として開示されたウエハレベル積層構造の断面図である。
図38に示されるウエハレベル積層構造1000は、ウエハ基板1010上にイメージセンサ1011が複数配列されているセンサアレイ基板1012の上に、2枚のレンズアレイ基板1021が、柱状のスペーサ1022を介して積層された構造を有する。各レンズアレイ基板1021は、レンズ付き基板1031と、そのレンズ付き基板1031に複数形成された貫通孔部分に形成されているレンズ1032とで構成される。
<比較構造例2>
図39は、本構造と比較するための第2の基板構造(以下、比較構造例2という。)であって、特開2009−279790号公報(以下、比較文献2という。)において図5(a)として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図39に示されるレンズアレイ基板1041では、板状の基板1051に設けられた複数の貫通孔1052それぞれに、レンズ1053が設けられている。各レンズ1053は、樹脂(エネルギー硬化性樹脂)1054で形成されており、その樹脂1054は、基板1051の上面にも形成されている。
図40を参照して、図39のレンズアレイ基板1041の製造方法について簡単に説明する。
図40のAは、複数個の貫通孔1052が形成された基板1051が、下型1061の上に置かれた状態を示している。下型1061は、この後の工程で、樹脂1054を下方から上方へ押す金型である。
図40のBは、複数個の貫通孔1052内部と基板1051上面に樹脂1054を塗布した後、上型1062を基板1051の上に配置し、上型1062と下型1061を用いて、加圧成型している状態を示している。上型1062は、樹脂1054を上方から下方へ押す金型である。図40のBに示される状態で、樹脂1054の硬化が行われる。
図40のCは、樹脂1054が硬化した後、上型1062と下型1061を離形させ、レンズアレイ基板1041が完成した状態を示している。
このレンズアレイ基板1041は、(1)基板1051の貫通孔1052の位置に形成された樹脂1054がレンズ1053となり、このレンズ1053が基板1051に複数個形成され、かつ、(2)これら複数個のレンズ1053の間に位置する基板1051の上側表面全体に、樹脂1054の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
このレンズアレイ基板1041を複数積層した構造体を形成する場合、基板1051の上側表面全体に形成された樹脂1054の薄い層が、基板どうしを接着する接着剤としての作用または効果をもたらす。
また、レンズアレイ基板1041を複数積層した構造体を形成する場合、比較構造例1として示した図38のウエハレベル積層構造1000と比較して、基板どうしを接着する面積を大きくすることができるので、基板どうしをより強い力で接着することができる。
<比較構造例2において樹脂がもたらす作用>
比較構造例2である図39のレンズアレイ基板1041が開示されている比較文献2では、レンズ1053となる樹脂1054の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例2では、樹脂1054としてエネルギー硬化性樹脂が使用されている。そして、エネルギー硬化性樹脂の一例として、光硬化性樹脂が使用されている。エネルギー硬化性樹脂として光硬化性樹脂を使用した場合、UV光が樹脂1054に照射されると、樹脂1054が硬化する。この硬化により、樹脂1054では、硬化収縮が起きる。
しかし、図39のレンズアレイ基板1041の構造によれば、樹脂1054の硬化収縮が起きても、複数個あるレンズ1053の間には基板1051が介在するので、樹脂1054の硬化収縮によるレンズ1053間の距離の変動を断ち切ることができ、これにより、複数個のレンズ1053を配置したレンズアレイ基板1041の反りを抑制することができるとしている。
<比較構造例3>
図41は、本構造と比較するための第3の基板構造(以下、比較構造例3という。)であって、特開2010−256563号公報(以下、比較文献3という。)において図1として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図41に示されるレンズアレイ基板1081では、板状の基板1091に設けられた複数の貫通孔1092それぞれに、レンズ1093が設けられている。各レンズ1093は樹脂(エネルギー硬化性樹脂)1094で形成されており、その樹脂1094は、貫通孔1092が設けられていない基板1091の上面にも形成されている。
図42を参照して、図41のレンズアレイ基板1081の製造方法について簡単に説明する。
図42のAは、複数個の貫通孔1092が形成された基板1091が、下型1101の上に置かれた状態を示している。下型1101は、この後の工程で、樹脂1094を下方から上方へ押す金型である。
図42のBは、複数個の貫通孔1092内部と基板1091上面に樹脂1094を塗布した後、上型1102を基板1091の上に配置し、上型1102と下型1101を用いて、加圧成型している状態を示している。上型1102は、樹脂1094を上方から下方へ押す金型である。図42のBに示される状態で、樹脂1094の硬化が行われる。
図42のCは、樹脂1094が硬化した後、上型1102と下型1101を離形させ、レンズアレイ基板1081が完成した状態を示している。
このレンズアレイ基板1081は、(1)基板1091の貫通孔1092の位置に形成された樹脂1094がレンズ1093となり、このレンズ1093が基板1091に複数個形成され、かつ、(2)これら複数個のレンズ1093の間に位置する基板1091の上側表面全体に、樹脂1094の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
<比較構造例3において樹脂がもたらす作用>
比較構造例3である図41のレンズアレイ基板1081が開示されている比較文献3では、レンズ1093となる樹脂1094の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例3では、樹脂1094としてエネルギー硬化性樹脂が使用されている。そして、エネルギー硬化性樹脂の一例として、光硬化性樹脂が使用されている。エネルギー硬化性樹脂として光硬化性樹脂を使用した場合、UV光が樹脂1094に照射されると、樹脂1094が硬化する。この硬化により、樹脂1094では、硬化収縮が起きる。
しかし、図41のレンズアレイ基板1081の構造によれば、樹脂1094の硬化収縮が起きても、複数個あるレンズ1093の間には基板1091が介在するので、樹脂1094の硬化収縮によるレンズ1093間の距離の変動を断ち切ることができ、これにより、複数個のレンズ1093を配置したレンズアレイ基板1081の反りを抑制することができるとしている。
以上のように、比較文献2及び3では、光硬化性樹脂が硬化する際、硬化収縮が起きることが開示されている。なお、光硬化性樹脂が硬化する際、硬化収縮が起きることは、比較文献2及び3以外にも、例えば、特開2013−1091号公報などでも開示されている。
また、樹脂をレンズの形状に成型し、成型後の樹脂を硬化させると、樹脂に硬化収縮が起きて問題となるのは、光硬化性樹脂に限ったことではない。例えば、光硬化性樹脂と同様にエネルギー硬化性樹脂の一種である熱硬化性樹脂においても、硬化の際に硬化収縮が起きることが問題となる。このことは、例えば、比較文献1や3、特開2010−204631号公報などにおいても開示されている。
<比較構造例4>
図43は、本構造と比較するための第4の基板構造(以下、比較構造例4という。)であって、上述した比較文献2において図6として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図43のレンズアレイ基板1121は、図39に示したレンズアレイ基板1041と比較すると、貫通孔1042部分以外の基板1141の形状が、上側だけでなく下側にも突出した形状となっている点、及び、基板1141の下側表面の一部にも、樹脂1144が形成されている点が異なる。レンズアレイ基板1121のその他の構成は、図39に示したレンズアレイ基板1041と同様である。
図44は、図43のレンズアレイ基板1121の製造方法を説明する図であって、図40のBに対応する図である。
図44は、複数個の貫通孔1142内部と基板1141上面に樹脂1144を塗布した後、上型1152と下型1151を用いて、加圧成型している状態を示している。樹脂1144は、基板1141下面と下型1151との間にも注入されている。図44に示される状態で、樹脂1144の硬化が行われる。
このレンズアレイ基板1121は、(1)基板1141の貫通孔1142の位置に形成された樹脂1144がレンズ1143となり、このレンズ1143が基板1141に複数個形成され、かつ、(2)これら複数個のレンズ1143の間に位置する基板1141の上側表面全体に、樹脂1144の薄い層が形成されているだけでなく、基板1141の下側表面の一部にも、樹脂1144の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
<比較構造例4において樹脂がもたらす作用>
比較構造例4である図43のレンズアレイ基板1121が開示されている比較文献2では、レンズ1143となる樹脂1144の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例4である図43のレンズアレイ基板1121においても、樹脂1144として、エネルギー硬化性樹脂の一例である光硬化性樹脂が使用されている。そして、UV光が樹脂1144に照射されると、樹脂1144が硬化する。この硬化により、比較構造例2および3と同様に、樹脂1144では、硬化収縮が起きる。
しかし、比較構造例4のレンズアレイ基板1121では、複数個のレンズ1143の間に位置する基板1141の上側表面全体だけでなく、基板1141の下側表面の一定の領域にも、樹脂1144の薄い層が形成されている。
このように、基板1141の上側表面と下側表面の双方に樹脂1144を形成した構造とすることにより、レンズアレイ基板1121全体の反りの方向を相殺することができる。
これに対して、比較構造例2として図39に示したレンズアレイ基板1041では、複数個のレンズ1053の間に位置する基板1051の上側表面全体には樹脂1054の薄い層が形成されているが、基板1051の下側表面には、樹脂1054の薄い層が一切形成されていない。
従って、図43のレンズアレイ基板1121では、図39のレンズアレイ基板1041と比較して、反り量をより小さくしたレンズアレイ基板を提供することができる。
<比較構造例5>
図45は、本構造と比較するための第5の基板構造(以下、比較構造例5という。)であって、上述した比較文献2において図9として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図45のレンズアレイ基板1161は、図39に示したレンズアレイ基板1041と比較すると、基板1171に形成された貫通孔1172近傍の基板裏面に、樹脂はみだし領域1175を有している点が異なる。レンズアレイ基板1161のその他の構成は、図39に示したレンズアレイ基板1041と同様である。
なお、図45のレンズアレイ基板1161は、個片化された後の状態を示している。
このレンズアレイ基板1161は、(1)基板1171の貫通孔1172の位置に形成された樹脂1174がレンズ1173となり、このレンズ1173が基板1171に複数個形成され、かつ、(2)これら複数個のレンズ1173の間に位置する基板1171の上側表面全体に、樹脂1174の薄い層が形成されているだけでなく、基板1171の下側表面の一部にも、樹脂1174の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
<比較構造例5において樹脂がもたらす作用>
比較構造例5である図45のレンズアレイ基板1161が開示されている比較文献2では、レンズ1173となる樹脂1174の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例5である図45のレンズアレイ基板1161においても、樹脂1174として、エネルギー硬化性樹脂の一例である光硬化性樹脂が使用されている。そして、UV光が樹脂1174に照射されると、樹脂1174が硬化する。この硬化により、比較構造例2および3と同様に、樹脂1174では、硬化収縮が起きる。
しかし、比較構造例5のレンズアレイ基板1171では、複数個のレンズ1173の間に位置する基板1171の上側表面全体だけでなく、基板1171の下側表面の一定の領域にも、樹脂1174の薄い層(樹脂はみだし領域1175)が形成されている。これにより、レンズアレイ基板1171全体の反りの方向を相殺し、反り量をより小さくしたレンズアレイ基板を提供することができる。
<比較構造例2乃至5において樹脂がもたらす作用の比較>
比較構造例2乃至5において樹脂がもたらす作用についてまとめると、次のようになる。
(1)比較構造例2及び3のように、レンズアレイ基板の上面全体に樹脂の層を配置した構造の場合、複数個のレンズを配置した基板に、反りが発生してしまう。
図46は、比較構造例2及び3のように、レンズアレイ基板の上面全体に樹脂の層を配置した構造を模式的に表した図であり、レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。
図46のA及びBに示されるように、レンズアレイ基板1211(レンズ及び貫通孔の図示は省略)の上面に配置された光硬化性樹脂1212の層では、硬化のためのUV光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、光硬化性樹脂1212の層内では、光硬化性樹脂1212に起因した収縮方向の力が発生する。
一方、レンズアレイ基板1211自体は、UV光を照射しても、収縮も膨張もしない。すなわち、レンズアレイ基板1211自体には、基板に起因した力は発生しない。その結果、レンズアレイ基板1211は、図46のCに示されるように、下に凸の形状に反ってしまう。
(2)しかし、比較構造例4および5のように、レンズアレイ基板の上面と下面の双方に樹脂の層を配置した構造の場合、レンズアレイ基板の反りの方向が相殺されるので、比較構造例2及び3よりも、レンズアレイ基板の反り量を小さくすることができる。
図47は、比較構造例4及び5のように、レンズアレイ基板の上面と下面の双方に樹脂の層を配置した構造を模式的に表した図であり、レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。
図47のA及びBに示されるように、レンズアレイ基板1211の上面に配置した光硬化性樹脂1212の層では、硬化のためのUV光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、レンズアレイ基板1211の上面に配置した光硬化性樹脂1212の層内では、光硬化性樹脂1212に起因した収縮方向の力が発生する。このため、レンズアレイ基板1211の上面側では、レンズアレイ基板1211を下に凸の形状に反らせようとする力が働く。
これに対して、レンズアレイ基板1211自体は、UV光を照射しても、収縮も膨張もしない。すなわち、レンズアレイ基板1211自体には、基板に起因した力は発生しない。
一方、レンズアレイ基板1211の下面に配置した光硬化性樹脂1212の層では、硬化のためのUV光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、レンズアレイ基板1211の下面に配置した光硬化性樹脂1212の層内では、光硬化性樹脂1212に起因した収縮方向の力が発生する。このため、レンズアレイ基板1211の下面側では、レンズアレイ基板1211を上に凸の形状に反らせようとする力が働く。
レンズアレイ基板1211の上面側における、レンズアレイ基板1211を下に凸の形状に反らせようとする力と、レンズアレイ基板1211の下面側における、レンズアレイ基板1211を上に凸の形状に反らせようとする力は、相殺されるように働く。
その結果、図47のCに示されるように、比較構造例4及び5におけるレンズアレイ基板1211の反り量は、図46のCに示した比較構造例2及び3における反り量よりも低減される。
以上のように、レンズアレイ基板を反らせる力およびレンズアレイ基板の反り量は、
(1)当該レンズアレイ基板の上面において当該レンズアレイ基板に作用する力の方向および大きさと、
(2)当該レンズアレイ基板の下面において当該レンズアレイ基板に作用する力の方向および大きさと、
の相対関係の影響を受ける。
<比較構造例6>
そこで、例えば、図48のAに示されるように、レンズアレイ基板1211の上面に配置する光硬化性樹脂1212の層及び面積と、レンズアレイ基板1211の下面に配置する光硬化性樹脂1212の層及び面積とを、同一にするレンズアレイ基板構造が考えられる。このレンズアレイ基板構造を、本構造と比較するための第6の基板構造(以下、比較構造例6という。)と呼ぶ。
比較構造例6では、レンズアレイ基板1211の上面に配置された光硬化性樹脂1212の層では、光硬化性樹脂1212に起因した収縮方向の力が発生する。レンズアレイ基板1211自体は、基板に起因した力が発生しない。このため、レンズアレイ基板1211の上面側では、レンズアレイ基板1211を下に凸の形状に反らせようとする力が働く。
一方、レンズアレイ基板1211の下面に配置された光硬化性樹脂1212の層では、光硬化性樹脂1212に起因した収縮方向の力が発生する。レンズアレイ基板1211自体は、基板に起因した力が発生しない。このため、レンズアレイ基板1211の下面側では、レンズアレイ基板1211を上に凸の形状に反らせようとする力が働く。
レンズアレイ基板1211を反らせようとする上記2つの力が、図47のAに示した構造よりもさらに相殺する方向に働く。その結果、レンズアレイ基板1211を反らせる力およびレンズアレイ基板1211の反り量は、比較構造例4および5よりもさらに低減される。
<比較構造例7>
ところで、実際には、カメラモジュールに組み込まれる積層レンズ構造体を構成するレンズ付き基板の形状は全て同じではない。より具体的には、積層レンズ構造体を構成する複数のレンズ付き基板どうしは、例えば、レンズ付き基板の厚さや貫通孔の大きさが異なっていたり、貫通孔に形成されるレンズの厚みや形状、体積などが異なる場合がある。さらに言えば、レンズ付き基板の上面及び下面に形成される光硬化性樹脂の膜厚なども、各レンズ付き基板で異なる場合もある。
図49は、第7の基板構造(以下、比較構造例7という。)としての、3枚のレンズ付き基板の積層で構成される積層レンズ構造体の断面図である。この積層レンズ構造体では、図48で示した比較構造例6と同様に、各レンズ付き基板の上面及び下面に配置された光硬化性樹脂の層及び面積が同一に形成されているものとする。
図49に示される積層レンズ構造体1311は、3枚のレンズ付き基板1321乃至1323で構成される。
以下では、3枚のレンズ付き基板1321乃至1323のうち、真ん中のレンズ付き基板1321を、第1のレンズ付き基板1321、最上層のレンズ付き基板1322を、第2のレンズ付き基板1322、最下層のレンズ付き基板1323を、第3のレンズ付き基板1323という。
最上層に配置された第2のレンズ付き基板1322と、最下層に配置された第3のレンズ付き基板1323は、基板の厚さ、及び、レンズの厚さが異なる。
より具体的には、レンズの厚さが、第2のレンズ付き基板1322よりも第3のレンズ付き基板1323の方が厚く形成されており、それに伴い、基板の厚さも、第2のレンズ付き基板1322よりも第3のレンズ付き基板1323の方が厚く形成されている。
第1のレンズ付き基板1321と第2のレンズ付き基板1322との接触面、及び、第1のレンズ付き基板1321と第3のレンズ付き基板1323との接触面には、樹脂1341が全面に渡って形成されている。
3枚のレンズ付き基板1321乃至1323の貫通孔の断面形状は、基板上面よりも基板下面の方が広い、いわゆる末広がり形状である。
図50を参照して、形状の異なる3枚のレンズ付き基板1321乃至1323がもたらす作用について説明する。
図50のA乃至Cは、図49に示した積層レンズ構造体1311を模式的に表した図である。
この積層レンズ構造体1311のように、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面に、基板の厚さが異なる第2のレンズ付き基板1322と第3のレンズ付き基板1323を配置した場合、3枚のレンズ付き基板1321乃至1323の接触面全面に渡って存在する樹脂1341の層が、積層レンズ構造体1311の厚さ方向のどの位置に存在するかによって、この積層レンズ構造体1311を反らせる力、及び、積層レンズ構造体1311の反る量が、変わる。
3枚のレンズ付き基板1321乃至1323の接触面全面に渡って存在する樹脂1341の層が、積層レンズ構造体1311の中心線、即ち、積層レンズ構造体1311の厚さ方向の中点を通って、基板平面方向に走る線に対して対称に配置されていないと、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面に配置された樹脂1341の硬化収縮によって発生する力の作用を、図48のCに示したように、完全に相殺することはできない。その結果、積層レンズ構造体1311はどちらかの方向へ反ってしまう。
例えば、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面の2層の樹脂1341が、積層レンズ構造体1311の厚さ方向の中心線よりも上側方向にずれて配置される場合、2層の樹脂1341が硬化収縮を起こすと、積層レンズ構造体1311は、図50のCに示されるように、下に凸の形状に反ってしまう。
さらに、第2のレンズ付き基板1322と第3のレンズ付き基板1323のうち、厚さが薄い方の基板の貫通孔の断面形状が、第1のレンズ付き基板1321の方向に向かって大きくなる形状である場合には、レンズの欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
図49に示した例では、第2のレンズ付き基板1322と第3のレンズ付き基板1323のうち、厚さが薄い方の第2のレンズ付き基板1322の貫通孔の断面形状が、第1のレンズ付き基板1321の方向に向かって大きくなる末広がり形状である。このような形状において、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面の2層の樹脂1341が硬化収縮した際には、積層レンズ構造体1311には、図50のCに示したように下に凸の形状に反る力が作用し、この力は、図50のDに示されるように、第2のレンズ付き基板1322において、レンズと基板が離間する方向の力として作用する。この作用により、第2のレンズ付き基板1322のレンズ1332が、欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
次に、樹脂が熱膨張する場合について考える。
<比較構造例8>
図51は、第8の基板構造(以下、比較構造例8という。)としての、3枚のレンズ付き基板の積層で構成される積層レンズ構造体の断面図である。この積層レンズ構造体では、図48で示した比較構造例6と同様に、各レンズ付き基板の上面及び下面に配置された光硬化性樹脂の層及び面積が同一に形成されているものとする。
図51の比較構造例8は、3枚のレンズ付き基板1321乃至1323の貫通孔の断面形状が、基板上面よりも基板下面の方が狭い、いわゆる下すぼみ形状である点のみが、図49の比較構造例7と異なる。
図52のA乃至Cは、図51に示した積層レンズ構造体1311を模式的に表した図である。
ユーザがカメラモジュールを実使用する際、動作に伴う消費電力の増大によりカメラの筐体内の温度が上昇し、カメラモジュールの温度も上昇する。この温度上昇により、図51の積層レンズ構造体1311において、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面に配置された樹脂1341が熱膨張する。
第1のレンズ付き基板1321の上面と下面に配置する樹脂1341の面積と厚さを、図48のAのように同一にしたとしても、3枚のレンズ付き基板1321乃至1323の接触面全面に渡って存在する樹脂1341の層が、積層レンズ構造体1311の中心線、即ち、積層レンズ構造体1311の厚さ方向の中点を通って、基板平面方向に走る線に対して対称に配置されていないと、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面に配置された樹脂1341の熱膨張によって発生する発生する力の作用を、図48のCに示したように、完全に相殺することはできない。その結果、積層レンズ構造体1311はどちらかの方向へ反ってしまう。
例えば、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面の2層の樹脂1341が、積層レンズ構造体1311の厚さ方向の中心線よりも上側方向にずれて配置される場合、2層の樹脂1341が熱膨張を起こすと、積層レンズ構造体1311は、図52のCに示されるように、上に凸の形状に反ってしまう。
さらに、図51に示した例では、第2のレンズ付き基板1322と第3のレンズ付き基板1323のうち、厚さが薄い方の第2のレンズ付き基板1322の貫通孔の断面形状が、第1のレンズ付き基板1321の方向に向かって小さくなる下すぼみ形状である。このような形状において、第1のレンズ付き基板1321の上面と下面の2層の樹脂1341が熱膨張した際には、積層レンズ構造体1311には、上に凸の形状に反る力が作用し、この力は、図52のDに示されるように、第2のレンズ付き基板1322において、レンズと基板が離間する方向の力として作用する。この作用により、第2のレンズ付き基板1322のレンズ1332が、欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
<本構造>
図53は、本構造を採用した3枚のレンズ付き基板1361乃至1363からなる積層レンズ構造体1371を示す図である。
図53のAは、図49の積層レンズ構造体1311に対応した構造であり、貫通孔の断面形状が、いわゆる末広がり形状の構造である。一方、図53のBは、図51の積層レンズ構造体1311に対応した構造であり、貫通孔の断面形状が、いわゆる下すぼみ形状の構造である。
図54は、本構造がもたらす作用を説明するため、図53の積層レンズ構造体1371を模式的に示した図である。
積層レンズ構造体1371は、真ん中の第1のレンズ付き基板1361の上方に第2のレンズ付き基板1362を配置し、第1のレンズ付き基板1361の下方に第3のレンズ付き基板1363を配置した構造である。
最上層に配置された第2のレンズ付き基板1362と、最下層に配置された第3のレンズ付き基板1363は、基板の厚さ、及び、レンズの厚さが異なる。より具体的には、レンズの厚さが、第2のレンズ付き基板1362よりも第3のレンズ付き基板1363の方が厚く形成されており、それに伴い、基板の厚さも、第2のレンズ付き基板1362よりも第3のレンズ付き基板1363の方が厚く形成されている。
本構造の積層レンズ構造体1371では、レンズ付き基板どうしを固着する手段として、基板どうしの直接接合が用いられる。言い換えれば、固着させるレンズ付き基板へプラズマ活性処理が施され、固着させる2つのレンズ付き基板がプラズマ接合される。さらに言い換えれば、積層する2枚のレンズ付き基板それぞれの表面に、シリコン酸化膜を形成し、これに水酸基を結合させた後、2枚のレンズ付き基板どうしを貼り合わせ、これを昇温して脱水縮合させる。こうして、2枚のレンズ付き基板が、シリコン−酸素共有結合により、直接接合されている。
したがって、本構造の積層レンズ構造体1371においては、レンズ付き基板どうしを固着する手段として、樹脂による接着は用いられていない。このため、レンズ付き基板とレンズ付き基板との間に、レンズ形成用の樹脂もしくは基板を接着するための樹脂が配置されない。また、レンズ付き基板の上面や下面に樹脂が配置されないため、レンズ付き基板の上面や下面において、樹脂が熱膨張したり、硬化収縮することはない。
従って、積層レンズ構造体1371では、第1のレンズ付き基板1351の上層及び下層に、レンズの厚さ、及び、基板の厚さが異なる第2のレンズ付き基板1362と第3のレンズ付き基板1363が配置されても、上述した各比較構造例1乃至8のような、硬化収縮に起因した基板の反り、及び、熱膨張に起因した基板の反りは発生しない。
即ち、レンズ付き基板どうしを直接接合により固着させた本構造は、上方と下方に、レンズの厚さ、及び、基板の厚さが異なるレンズ付き基板を積層した場合でも、上述した各比較構造例1乃至8よりも、基板の反りを大きく抑制することができる、という作用及び効果をもたらす。
<16.各種の変形例>
上述した各実施の形態のその他の変形例について、以下説明する。
<16.1 光学絞り付きカバーガラス>
積層レンズ構造体11の上部には、積層レンズ構造体11のレンズ21の表面を保護するため、カバーガラスを設ける場合がある。この場合、カバーガラスに、光学絞りの機能を持たせるようにすることができる。
図55は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第1の構成を示す図である。
図55に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第1の構成例では、積層レンズ構造体11の上部にカバーガラス1501がさらに積層されている。そして、積層レンズ構造体11とカバーガラス1501の外側に、レンズバレル74が配置されている。
カバーガラス1501のレンズ付き基板41a側の面(図中、カバーガラス1501の下面)に、遮光膜1502が形成されている。ここで、各レンズ付き基板41a乃至41eのレンズ中心(光学中心)から所定の範囲は、遮光膜1502が形成されていない開口部1503となっており、開口部1503は、光学絞りとして機能する。これにより、例えば、図13のカメラモジュール1D等で構成されていた絞り板51が省略されている。
図56は、遮光膜1502が形成されたカバーガラス1501の製造方法を説明する図である。
初めに、図56のAに示されるように、例えば、ウエハもしくはパネルの形態のカバーガラス(ガラス基板)1501Wの一方の面全体に、光吸収材料がスピン塗布されることにより、遮光膜1502が形成される。遮光膜1502となる光吸収材料としては、例えば、カーボンブラック顔料や、チタンブラック顔料を内添した光吸収性を有する樹脂が用いられる。
次に、遮光膜1502の所定の領域がリソグラフィ技術またはエッチング処理によって除去されることにより、図56のBに示されるように、開口部1503が所定の間隔で複数形成される。開口部1503の配置は、図23の担体基板81Wの貫通孔83の配置と1対1に対応する。なお、遮光膜1502と開孔部1503の別の形成方法の例として、開口部となる1503を除いた領域へインクジェットによって遮光膜1502となる光吸収材料噴射するという方法を用いることもできる。
以上のようにして製造された基板状態のカバーガラス1501Wと、同じく基板状態の複数枚のレンズ付き基板41Wとが、貼り合わされた後、ブレードもしくはレーザなどを活用したダイシング等により個片化される。これにより、図55に示した、絞り機能を備えるカバーガラス1501が積層された積層レンズ構造体11が完成する。
このように、半導体プロセスの一工程として、カバーガラス1501を形成することにより、別の組み立て工程でカバーガラスを形成する場合に懸念されるゴミ欠陥の発生を抑制することができる。
図55に示した第1の構成例によれば、塗布により光学絞りを形成するので、遮光膜1502は1μm程度の薄い膜厚で形成することができ、絞り機構が所定の厚みを有することにより入射光が遮蔽されることに起因する光学性能の劣化(周辺部の減光)を抑えることができる。
なお、上述した例では、カバーガラス1501Wの個片化を、複数枚のレンズ付き基板41Wと接合した後に行ったが、接合前に行っても良い。換言すれば、遮光膜1502を備えたカバーガラス1501と5枚のレンズ付き基板41a乃至41eとの接合は、ウエハレベルで行っても良いし、チップレベルで行っても良い。
遮光膜1502の表面は粗くしてもよい。この場合、遮光膜1502を形成したカバーガラス1501表面の表面反射を減らすとともに、遮光膜1502の表面積を増大させることができるので、カバーガラス1501とレンズ付き基板41との接合強度を向上させることができる。
遮光膜1502の表面を粗面にする方法としては、例えば、遮光膜1502となる光吸収材料を塗布後、エッチングなどにより粗面に加工する方法、光吸収材料を塗布前のカバーガラス1501を粗面に形成後、光吸収材料を塗布する方法、凝集する光吸収材料により成膜後に表面に凹凸が生じるようにする方法、固形分を含んだ光吸収材料により成膜後に表面に凹凸が生じるようにする方法、などがある。
また、遮光膜1502とカバーガラス1501との間に、反射防止膜を形成してもよい。
カバーガラス1501が絞りの支持基板を兼用することにより、カメラモジュール1のサイズを小型化することができる。
図57は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第2の構成を示す図である。
図57に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第2の構成例では、カバーガラス1501が、レンズバレル74の開口部の位置に配置されている。その他の構成は、図55に示した第1の構成例と同じである。
図58は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第3の構成を示す図である。
図58に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第3の構成例では、遮光膜1502が、カバーガラス1501の上面、換言すれば、レンズ付き基板41aと反対側に形成されている。その他の構成は、図55に示した第1の構成例と同じである。
なお、図57に示した、レンズバレル74の開口部にカバーガラス1501を配置した構成においても、遮光膜1502を、カバーガラス1501の上面に形成してもよい。
<16.2 貫通孔による絞り形成>
次に、上述した絞り板51やカバーガラス1501を用いた絞りに代えて、レンズ付き基板41の貫通孔83の開口自体を絞り機構とする例について説明する。
図59のAは、貫通孔83の開口自体を絞り機構とする第1の構成例を示す図である。
なお、図59の説明においては、図58に示した積層レンズ構造体11と異なる部分についてのみ説明し、同一部分の説明は適宜省略する。また、図59では、図が煩雑になるのを避けるため、説明に必要となる符号のみ図示されている。
図59のAに示される積層レンズ構造体11fは、図58に示した積層レンズ構造体11を構成する5枚のレンズ付き基板41a乃至41eのうち、光入射側に最も近く、受光素子12から最も遠い位置にあるレンズ付き基板41aが、レンズ付き基板41fに置き換えられた構成とされている。
レンズ付き基板41fを図58のレンズ付き基板41aと比較すると、図58のレンズ付き基板41aでは、上面の穴径が下面の穴径よりも大きくなっているのに対して、図59のレンズ付き基板41fでは、上面の穴径D1が下面の穴径D2よりも小さくなっている。すなわち、レンズ付き基板41fの貫通孔83の断面形状は、いわゆる末広がり形状となっている。
レンズ付き基板41fの貫通孔83に形成されているレンズ21の最表面の高さ位置は、図59のAにおいて一点鎖線で示される、レンズ付き基板41fの最上面の位置よりも低くなっている。
積層レンズ構造体11fでは、複数枚のレンズ付き基板41のうち、最上層のレンズ付き基板41fの貫通孔83の光入射側の穴径が最も小さくなることにより、この貫通孔83の穴径の最も小さい部分(穴径D1の部分)が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。
図59のBは、貫通孔83の開口自体を絞り機構とする第2の構成例を示す図である。
図59のBに示される積層レンズ構造体11gは、図58に示した積層レンズ構造体11を構成する5枚のレンズ付き基板41a乃至41eのうち、やはり、最上層のレンズ付き基板41aが、レンズ付き基板41gに置き換えられた構成とされている。
最上層に位置するレンズ付き基板41gの貫通孔83の穴径は、図59のAに示したレンズ付き基板41fと同様、光入射側の方が小さい末広がり形状になっている。
一方、レンズ付き基板41gの厚みは、図59のAのレンズ付き基板41fと比較して、厚く構成されている。その結果、レンズ付き基板41gの貫通孔83の上面の穴径と下面の穴径の差が、図59のAのレンズ付き基板41fよりも大きく、レンズ付き基板41gの上面の穴径D3は、レンズ21の曲面部分(レンズ部91)の直径D4よりも小さく構成されている。これにより、この貫通孔83の穴径の最も小さい部分(穴径D3の部分)が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。
光学絞りの位置は、積層レンズ構造体11gのなかの最上面のレンズ21からできるだけ離れた位置にある方が、射出瞳位置を離し、シェーディングを抑えることができる。
図59のBに示されるように、最上層に位置するレンズ付き基板41gの基板厚を厚くすることにより、光学絞りの位置を、積層レンズ構造体11gのなかで最上面のレンズ21となる、レンズ付き基板41gのレンズ21から、光入射方向の反対方向に大きく離れた位置とすることができ、シェーディングを抑えることができる。
図59のCは、貫通孔83の開口自体を絞り機構とする第3の構成例を示す図である。
図59のCに示される積層レンズ構造体11hは、図58に示した積層レンズ構造体11を構成する5枚のレンズ付き基板41a乃至41fのうちのレンズ付き基板41aのさらに上に、基板1511が積層された構成とされている。
基板1511は、貫通孔83を有するが、レンズ21を保持していない基板である。基板1511の貫通孔83は、穴径が基板1511の最上面と最下面で異なり、上面の穴径D5が下面の穴径D5よりも小さい、いわゆる末広がり形状である。また、基板1511の最上面の穴径D5は、レンズ21の曲面部分(レンズ部91)の直径よりも小さく構成されている。これにより、この貫通孔83の穴径の最も小さい部分(穴径D5の部分)が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。なお、基板1511の形状の別の例として、上面の穴径D5が下面の穴径D5よりも大きい、いわゆる下すぼみの形状であっても良い。
なお、図59のA乃至Cの例は、いずれも、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のなかで、最上面(受光素子12から最も離れた位置)のレンズ付き基板41f、41g、または、基板1511の貫通孔83の穴径を、光学絞りとして構成する例である。
しかしながら、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のなかの、最上面以外のレンズ付き基板41b乃至41eいずれかの貫通孔83の穴径を、上述したレンズ付き基板41f、41g、または、基板1511のように構成し、光学絞りとして機能させてもよい。
ただし、シェーディングを抑える観点では、図59のA乃至Cに示したように、光学絞りの機能を有するレンズ付き基板41は、最上層、または、可能な限り上方(受光素子12から最も遠い位置)に配置した方がよい。
以上のように、積層レンズ構造体11を構成する複数枚のレンズ付き基板41のなかの所定の1枚のレンズ付き基板41が、光学絞りの機能を兼ね備えることで、積層レンズ構造体11及びカメラモジュール1としてのサイズを小型化することができる。
光学絞りが、レンズ21を保持するレンズ付き基板41と一体とすることで、結像性能に影響を与える絞りに最も近いレンズ曲面と光学絞りの位置精度が向上し、結像性能を向上させることができる。
<16.3 金属接合によるウエハレベル接合>
上述した実施の形態では、貫通孔83にレンズ21が形成されたレンズ付き基板41Wどうしを、プラズマ接合により貼り合わせるようにしたが、金属接合を用いて貼り合わせるようにすることもできる。
図60は、金属接合を用いたウエハレベルでの貼り合わせを説明する図である。
初めに、図60のAに示されるように、複数形成された貫通孔1532のそれぞれにレンズ1533が形成された基板状態のレンズ付き基板1531W-aが用意され、そのレンズ付き基板1531W-aの上側表面と下側表面に、反射防止膜1535が成膜される。
このレンズ付き基板1531Wは、上述した基板状態のレンズ付き基板41Wに対応するものである。また、反射防止膜1535は、上述した上側表面層122と下側表面層123に対応する。
ここで、レンズ付き基板1531W-aの上側表面に形成された反射防止膜1535の一部に、異物1536が混入された状態を想定する。レンズ付き基板1531W-aの上側表面は、後述する図60のDの工程において、レンズ付き基板1531W-bと接合される面である。
次に、図60のBに示されるように、金属膜1542が、レンズ付き基板1531W-bとの接合面となるレンズ付き基板1531W-aの上側表面に形成される。このとき、レンズ1533が形成されている貫通孔1532の部分は、金属膜1542が形成されないように、メタルマスク1541を用いてマスクされる。
金属膜1542の材料としては、例えば、金属接合としてよく使用されるCuを用いることができる。金属膜1542の成膜方法としては、低温で形成が可能な蒸着法やスパッタ法、イオンプレーティング法などのPVD法を用いることができる。
なお、金属膜1542の材料としては、Cu以外に、Ni、Co、Mn、Al、Sn、In、Ag、Zn等や、これら2種以上の合金材料を用いても良い。また、塑性変形し易い金属材料であれば、例示した以外の材料でもよい。
金属膜1542の成膜法として、PVD法とメタルマスクによる形成以外にも、例えば、銀粒子などの金属ナノ粒子を用いたインクジェット法を用いてもよい。
次に、図60のCに示されるように、接合前の前処理として、大気に開放した際に金属膜1542の表面に形成される酸化被膜を、ギ酸、水素ガス、水素ラジカルなどの還元性ガスを用いて除去することにより、金属膜1542の表面が清浄化される。
金属膜1542の表面の清浄化の方法として、還元ガス以外にも、プラズマ中のArイオンを金属表面に入射させてスパッタ作用により物理的に酸化被膜を除去しても良い。
上述した図60のA乃至Cと同様の工程によって、接合するもう一方の基板状態のレンズ付き基板1531Wであるレンズ付き基板1531W-bが用意される。
そして、図60のDに示されるように、レンズ付き基板1531W-bの接合面と、レンズ付き基板1531W-aの接合面とが向き合うように配置され、位置合わせが行われた後、適切な圧力が加えられると、レンズ付き基板1531W-aの金属膜1542とレンズ付き基板1531W-bの金属膜1542が、金属接合により接合される。
ここで、レンズ付き基板1531W-bの接合面となるレンズ付き基板1531W-bの下側表面にも、例えば、異物1543が混入されているとする。しかしながら、異物1536や異物1543があっても、金属膜1542として、塑性変形し易い金属材料を用いているので、金属膜1542は変形し、レンズ付き基板1531W-aとレンズ付き基板1531W-bとが接合される。
最後に、図60のEに示されるように、熱処理を加えることにより、金属の原子間接合、結晶化を促し、接合強度が高められる。なお、この熱処理工程は省略することもできる。
以上のようにして、複数の貫通孔1532のそれぞれにレンズ1533が形成されたレンズ付き基板1531Wどうしを、金属接合を用いて貼り合わせることができる。
なお、レンズ付き基板1531W-aと金属膜1542の接合を得るために、密着層となる膜を、レンズ付き基板1531W-aと金属膜1542との間に形成することも可能である。この場合、密着層は、反射防止膜1535の上側(外側)、換言すれば、反射防止膜1535と金属膜1542の間に形成される。密着層としては、例えば、Ti、Ta、または、Wなどを用いることができる。または、Ti、Ta、Wなどの窒化物若しくは酸化物、または、窒化物と酸化物との積層構造を用いても良い。レンズ付き基板1531W-bと金属膜1542との接合についても同様である。
また、レンズ付き基板1531W-aに成膜する金属膜1542の材料と、レンズ付き基板1531W-bに成膜する金属膜1542の材料は、異なる金属材料としてもよい。
基板状態のレンズ付き基板1531Wどうしを、ヤング率が低く塑性変形し易い金属接合を用いて貼り合わせることで、接合面に異物が存在する場合であっても押し当て圧により変形することで接触面積が得られる。
金属接合を用いて貼り合わせた複数のレンズ付き基板1531Wを個片化して積層レンズ構造体11とし、上述したカメラモジュール1に組み込んだ場合、金属膜1542は、封止性に優れ、側面からの光や水分の流入を防止することができるので、信頼性の高い積層レンズ構造体11及びカメラモジュール1を作製することができる。
<16.4 高濃度ドープ基板を用いたレンズ付き基板>
図61は、上述したレンズ付き基板41aの変形例であるレンズ付き基板41a’−1と41a’−2の断面図である。
図61のレンズ付き基板41a’−1と41a’−2の説明では、上述したレンズ付き基板41aと同一の部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図61のAに示されるレンズ付き基板41a’−1は、シリコン基板に、B(ボロン)が高濃度に拡散(イオン注入)された高濃度ドープ基板である。レンズ付き基板41a’−1の不純物濃度は、例えば、1×1019cm-3程度の濃度であり、レンズ付き基板41a’−1は、広い範囲の波長の光を効率よく吸収することができる。
レンズ付き基板41a’−1のその他の構成は、上述したレンズ付き基板41aと同様である。
一方、図61のBに示されるレンズ付き基板41a’−2では、シリコン基板の領域が不純物濃度が異なる2つの領域、即ち、第1の領域1551と第2の領域1552に分けられる。
第1の領域1551は、光が入射される側の基板表面から所定の深さ(例えば、3μm程度)に形成されている。第1の領域1551の不純物濃度は、例えば、1×1016cm-3程度の高濃度である。第2の領域1552は、その不純物濃度が、例えば、1×1010cm-3程度とされ、第1の濃度よりも低い濃度にされている。第1の領域1551及び第2の領域1552に拡散(イオン注入)されたイオンは、例えば、レンズ付き基板41a’−1と同様に、B(ボロン)である。
レンズ付き基板41a’−2の光入射側となる第1の領域1551の不純物濃度は、1×1016cm-3程度であり、レンズ付き基板41a’−1の不純物濃度(例えば、1×1019cm-3)よりも低い。そこで、レンズ付き基板41a’−2では、貫通孔83の側壁に形成される遮光膜121’の膜厚が、図61のAのレンズ付き基板41a’−1の遮光膜121よりも厚く形成されている。例えば、レンズ付き基板41a’−1の遮光膜121の膜厚が2μmであるとすると、レンズ付き基板41a’−2の遮光膜121’の膜厚は、5μmに形成されている。
レンズ付き基板41a’−2のその他の構成は、上述したレンズ付き基板41aと同様である。
以上のように、レンズ付き基板41a’−1及び41a’−2として、高濃度ドープ基板を採用することにより、遮光膜121や上側表面層122を透過して基板に到達した光を基材そのもので吸収することができるので、反射光を抑制することができる。ドーピング量は、基板に到達した光を吸収できればよいため、基板に到達してくる光量や、遮光膜121や上側表面層122の膜厚によって、適宜設定することができる。
また、レンズ付き基板41a’−1及び41a’−2として、取扱い容易なシリコン基板を用いるので、ハンドリングが容易である。遮光膜121や上側表面層122を透過して基板に到達した光を基材そのもので吸収することができるので、遮光膜121や上側表面層122、積層される基板自体の厚み等を薄くすることもでき、薄膜化、構造の簡便化が可能である。
なお、レンズ付き基板41a’−1及び41a’−2において、シリコン基板にドープされるイオンは、B(ボロン)に限られず、その他、例えば、リン(P)、ヒ素(As)、またはアンチモン(Sb)などでもよく、さらに言えば、光吸収量が増加するバンド構造をとることができる元素であればよい。
また、積層レンズ構造体11を構成するその他のレンズ付き基板41b乃至41eについても、レンズ付き基板41a’−1及び41a’−2と同様の構成とすることができる。
<製造方法>
図62を参照して、図61のAに示したレンズ付き基板41a’−1の製造方法について説明する。
初めに、図62のAに示されるように、B(ボロン)が高濃度に拡散(イオン注入)された基板状態の高濃度ドープ基板1561Wが用意される。高濃度ドープ基板1561Wの不純物濃度は、例えば、1×1019cm-3程度である。
次に、図62のBに示されるように、高濃度ドープ基板1561Wの所定の位置に、エッチングにより、貫通孔83が形成される。図62では、紙面の制約上、2個の貫通孔83のみが示されているが、実際には、高濃度ドープ基板1561Wの平面方向に、多数の貫通孔83が形成されている。
次に、図62のCに示されるように、貫通孔83の側壁に、黒色のレジスト材料をスプレーコートによって塗布することにより、遮光膜121が成膜される。
そして、図62のDに示されるように、レンズ21を含むレンズ樹脂部82が、図23を参照して説明した上型201と下型181を用いた加圧成型により、貫通孔83の内側に形成される。
その後、図示は省略するが、高濃度ドープ基板1561Wとレンズ樹脂部82の上側表面に上側表面層122が成膜され、高濃度ドープ基板1561Wとレンズ樹脂部82の下側表面に下側表面層123が成膜され、個片化される。これにより、図61のAに示したレンズ付き基板41a’−1が完成する。
次に、図63を参照して、図61のBに示したレンズ付き基板41a’−2の製造方法について説明する。
初めに、図63のAに示されるように、B(ボロン)が所定の濃度で拡散(イオン注入)された基板状態のドープ基板1571Wが用意される。ドープ基板1571Wの不純物濃度は、例えば、1×1010cm-3程度である。
次に、図63のBに示されるように、ドープ基板1571Wの所定の位置に、エッチングにより、貫通孔83が形成される。図63では、紙面の制約上、2個の貫通孔83のみが示されているが、実際には、ドープ基板1571Wの平面方向に、多数の貫通孔83が形成されている。
次に、図63のCに示されるように、ドープ基板1571Wの光入射面側の基板表面から所定の深さ(例えば、3μm程度)まで、B(ボロン)がイオン注入された後、900℃で熱処理が施される。その結果、図63のDに示されるように、不純物濃度が高濃度である第1の領域1551と、それよりも低濃度である第2の領域1552が形成される。
そして、図63のEに示されるように、貫通孔83の側壁に、黒色のレジスト材料をスプレーコートによって塗布することにより、遮光膜121が成膜される。
また、図63のFに示されるように、レンズ21を含むレンズ樹脂部82が、図23を参照して説明した上型201と下型181を用いた加圧成型により、貫通孔83の内側に形成される。
その後、図示は省略するが、ドープ基板1571Wとレンズ樹脂部82の上側表面に上側表面層122が成膜され、ドープ基板1571Wとレンズ樹脂部82の下側表面に下側表面層123が成膜され、個片化される。これにより、図61のBに示したレンズ付き基板41a’−2が完成する。
図1に示した積層レンズ構造体11を構成するレンズ付き基板41a乃至41eのそれぞれを、図61に示したような高濃度ドープ基板とすることができる。これにより、基板自体の光吸収量を上げることができる。
<17.受光素子の画素配列と絞り板の構造と用途説明>
次に、図10と図11で示したカメラモジュール1が備える受光素子12の画素配列と絞り板51の構成についてさらに説明する。
図64は、図10と図11で示したカメラモジュール1に備わる絞り板51の平面形状の例を表す図である。
絞り板51は、光を吸収もしくは反射することで入射を防ぐ遮蔽領域51aと、光を透過させる開口領域51bとを備える。
図10と図11で示したカメラモジュール1に備わる4個の光学ユニット13は、絞り板51の開口領域51bの開口径が、図64のA乃至Dに示されるように、4個とも同じ大きさであっても良いし、異なる大きさであっても良い。図64の図中の「L」、「M」、「S」は、開口領域51bの開口径が「大」、「中」、「小」であることを表す。
図64のAに記載の絞り板51は、4個の開口領域51bの開口径が同じである。
図64のBに記載の絞り板51は、2個の開口領域51bの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。これは例えば図13に記載したように、絞り板51が、レンズ付き基板41のレンズ21にやや重畳していて良い、言い換えれば、レンズ21の直径よりも絞り板51の開口領域51bの方がやや小さくて良い。そして、図64のBに記載の絞り板51の残りの2個の開口領域51bは、開口径の大きさが「大」つまり、先に述べた開口径の大きさが「中」のものよりも、開口径が大きい。この大きな開口領域51bは、例えば被写体の照度が低い場合に、より多くの光をカメラモジュール1に備わる受光素子12へ入射させるという作用をもたらす。
図64のCに記載の絞り板51は、2個の開口領域51bの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。そして、図64のCに記載の絞り板51の残りの2個の開口領域51bは、開口径の大きさが「小」つまり、先に述べた開口径の大きさが「中」のものよりも、開口径が小さい。この小さな開口領域51bは、例えば被写体の照度が高く、ここからの光を開口径の大きさが「中」である開口領域51bを通してカメラモジュール1に備わる受光素子12へ入射させると受光素子12に備わる光電変換部で発生する電荷が光電変換部の飽和電荷量を越えてしまうような場合に、受光素子12へ入射する光量を減らすという作用をもたらす。
図64のDに記載の絞り板51は、2個の開口領域51bの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。そして、図64のDに記載の絞り板51の残りの2個の開口領域51bは、開口径の大きさが1個が「大」、1個が「小」である。これらの開口領域51bは、図64のBと図64のCで述べた開口径の大きさが「大」および「小」の開口領域51bと同様の作用をもたらす。
図65は、図10と図11で示したカメラモジュール1の受光領域の構成を示している。
カメラモジュール1は、図65に示されるように、4個の光学ユニット13(不図示)を備える。そして、これら4個の光学ユニット13へ入射した光を、それぞれの光学ユニット13に対応した受光手段でそれぞれ受光する。そのために、図10と図11で示したカメラモジュール1は、受光素子12が、4個の受光領域1601a1乃至1601a4を備える。
なお受光手段に関わる別の実施の形態として、カメラモジュール1に備わる1個の光学ユニット13へ入射した光を受光する受光領域1601aを、受光素子12が1個備え、カメラモジュール1がこのような受光素子12を、カメラモジュール1に備わる光学ユニット13の個数分、例えば図10と図11に記載のカメラモジュール1の場合は4個、備える構成であっても良い。
受光領域1601a1乃至1601a4は、それぞれに光を受光する画素をアレイ状に配列した画素アレイ1601b1乃至1601b4を備える。
なお、図65では、簡単のため、画素アレイに備わる画素を駆動するための回路や画素を読み出すための回路を省略し、受光領域1601a1乃至1601a4と、画素アレイ1601b1乃至1601b4とを同じ大きさで表している。
受光領域1601a1乃至1601a4に備わる画素アレイ1601b1乃至1601b4は、複数の画素からなる画素の繰り返し単位1602c1乃至1602c4を備え、これら繰り返し単位1602c1乃至1602c4を縦方向と横方向との双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで、画素アレイ1601b1乃至1601b4が構成されている。
受光素子12に備わる4個の受光領域1601a1乃至1601a4上には、それぞれに光学ユニット13が配置される。4個の光学ユニット13は、その一部として絞り板51を備える。図65では、絞り板51の4個の開口領域51bの開口径の一例として、図64のDに示した絞り板51の開口領域51bが破線で示されている。
画像の信号処理の分野では、原画像に対して適応してすることでより解像度が高い画像を得る技術として、超解像技術が知られている。その一例は、例えば特開2015−102794に開示されている。
図10と図11に記載のカメラモジュール1は、断面構造として、図13、図16、図17や、図34、図35、図37、図55に記載の構造を取り得る。
これらのカメラモジュール1は、光の入射面となるモジュール1の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて2個ずつ配置した光学ユニット13に備わる光軸が、同じ方向に延びている。これにより、光軸が同じ方向を向きながら、異なる受光領域を用いて、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。
この様な構造のカメラモジュール1は、得られた複数枚の原画像を基に、これらへ超解像技術を利用して、1個の光学ユニット13から得られる1枚の画像よりも、解像度が高い画像を得ることに適している。
図66乃至図69は、図10と図11で示したカメラモジュール1の受光領域の画素の構成例を示している。
なお、図66乃至図69において、Gの画素は、緑色波長の光を受光する画素を表し、Rの画素は、赤色波長の光を受光する画素を表し、Bの画素は、青色波長の光を受光する画素を表す。Cの画素は、可視光の全波長領域の光を受光する画素を表す。
図66は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第1の例を示している。
4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4では、それぞれ、繰り返し単位1602c1乃至1602c4が行方向及び列方向に繰り返し配列されている。図66の繰り返し単位1602c1乃至1602c4それぞれは、R,G,B,Gの画素で構成されている。
図66の画素配列は、可視光が照射された被写体からの入射光を赤色(R)・緑色(G)・青色(B)に分光してRGB3色からなる画像を得ることに適する、という作用をもたらす。
図67は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第2の例を示している。
図67の画素配列は、図66の画素配列とは、繰り返し単位1602c1乃至1602c4を構成する各画素が受光する光の波長(色)の組合せが異なる。図67では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4それぞれは、R,G,B,Cの画素で構成されている。
図67の画素配列は、上述のようにR、G、Bに分光しないで可視光の全波長領域の光を受光するCの画素を備える。Cの画素は分光した一部の光を受光するR,G,Bの画素よりも受光する光量が多い。このためこの構成は、例えば被写体の照度が低い場合であっても、この受光量の多いCの画素で得られる情報、例えば被写体の輝度情報を用いて、明度がより高い画像あるいは輝度についての階調性がより多い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図68は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第3の例を示している。
図68では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4それぞれは、R,C,B,Cの画素で構成されている。
図68に記載の画素の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、Gの画素を備えない。Gの画素に相当する情報は、C、R、及びBの画素からの情報を演算処理することによって得る。例えば、Cの画素の出力値から、Rの画素とBの画素の出力値を減じることによって得る。
図68に記載の画素の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、全波長領域の光を受光するCの画素を、図67に記載の繰り返し単位1602c1乃至1602c4の2倍となる2個備える。また、図68に備わる画素アレイ1601bにおけるCの画素のピッチが、画素アレイ1601bの縦方向と横方向の双方において、図67に備わる画素アレイ1601bにおけるCの画素のピッチの2倍となるように、図68に記載の画素の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、2個のCの画素を繰り返し単位1602cの外形線の対角線方向に配置している。
このため図68に記載の構成は、例えば被写体の照度が低い場合に、受光量の多いCの画素から得る情報、例えば輝度情報を、図67に記載の構成と比較して、2倍の解像度で得ることが可能となり、これにより解像度が2倍高くて鮮明な画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図69は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第4の例を示している。
図69では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4それぞれは、R,C,C,Cの画素で構成されている。
例えば、自動車に搭載して前方を撮影するカメラ用途の場合、カラー画像は必ずしも必要とされない場合が多々ある。前方を走行する自動車の赤色のブレーキランプと道路に設置された信号機の赤信号を認識できて、かつ、その他の被写体の形状を認識できることを要求される場合が多い。
このため図69に記載の構成は、Rの画素を備えることで自動車の赤色のブレーキランプと道路に設置された信号機の赤信号を認識し、かつ、受光量の多いCの画素を図68に記載の画素の繰り返し単位1602cよりもさらに数多く備えることで、例えば被写体の照度が低い場合にも、より解像度が高くて鮮明な画像を得ることができる、という作用をもたらす。
なお、図66乃至69に示した受光素子12を備えるカメラモジュール1は、そのいずれもが、絞り板51の形状として、図64のA乃至Dに記載のいずれを用いても良い。
図66乃至69に示した受光素子12のいずれかと、図64のA乃至Dいずれかの絞り板51を備えた、図10と図11に記載のカメラモジュール1は、光の入射面となるカメラモジュール1の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて2個ずつ配置した光学ユニット13に備わる光軸が、同じ方向に延びている。
このような構造のカメラモジュール1は、得られた複数枚の原画像へ超解像技術を適応して、より解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図70は、図66に示した画素配列の変形例を示している。
図66の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,G,B,Gの画素で構成され、同色の2つのGの画素の構造が同一であるのに対して、図70では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,G1,B,G2の画素で構成され、同色の2つのGの画素、即ち、G1の画素とG2の画素で、画素の構造が異なる。
G1の画素とG2の画素は、画素に備わる信号生成手段(例えばフォトダイオード)として、G1の画素よりもG2の画素の方が、その適正な動作限界が高いもの(例えば飽和電荷量が大きいもの)を備える。かつ、画素に備わる生成信号の変換手段(例えば電荷電圧変換容量)の大きさも、G1の画素よりもG2の画素の方が大きいものを備える。
これらの構成により、G2の画素は、単位時間当たりに一定量の信号(例えば電荷)が生成した場合の出力信号がG1の画素よりも小さく抑えられ、かつ飽和電荷量が大きいために、例えば、被写体の照度が高い場合にも、画素が動作限界には至らず、これにより高い階調性を有する画像を得られる、という作用をもたらす。
一方、G1の画素は、単位時間当たりに一定量の信号(例えば電荷)が生成した場合に、G2の画素よりも大きな出力信号が得られるため、例えば、被写体の照度が低い場合にも、高い階調性を有する画像を得られる、という作用をもたらす。
図70に記載の受光素子12は、このようなG1の画素とG2の画素とを備えるため、広い照度範囲において高い階調性を有する画像を得られる、いわゆるダイナミックレンジの広い画像を得られる、という作用をもたらす。
図71は、図68の画素配列の変形例を示している。
図68の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,C,B,Cの画素で構成され、同色の2つのCの画素の構造が同一であるのに対して、図71では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,C1,B,C2の画素で構成され、同色の2つのCの画素、即ち、C1の画素とC2の画素で、画素の構造が異なる。
C1の画素とC2の画素も、画素に備わる信号生成手段(例えばフォトダイオード)として、C1の画素よりもC2の画素の方が、その動作限界が高いもの(例えば飽和電荷量が大きいもの)を備える。かつ、画素に備わる生成信号の変換手段(例えば電荷電圧変換容量)の大きさも、C1の画素よりもC2の画素の方が大きいものを備える。
図72は、図69の画素配列の変形例を示している。
図69の繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,C,C,Cの画素で構成され、同色の3つのCの画素の構造が同一であるのに対して、図72では、繰り返し単位1602c1乃至1602c4は、R,C1,C2,C3の画素で構成され、同色の3つのCの画素、即ち、C1乃至C3の画素で、画素の構造が異なる。
例えば、C1乃至C3の画素も、画素に備わる信号生成手段(例えばフォトダイオード)として、C1の画素よりもC2の画素、C2の画素よりもC3の画素の方が、その動作限界が高いもの(例えば飽和電荷量が大きいもの)を備える。また、画素に備わる生成信号の変換手段(例えば電荷電圧変換容量)の大きさも、C1の画素よりもC2の画素、C2の画素よりもC3の画素の方が大きいものを備える。
図71及び図72に記載の受光素子12は、上記の構成を備えるため、図70に記載の受光素子12と同様、広い照度範囲において高い階調性を有する画像を得られる、いわゆるダイナミックレンジの広い画像を得られる、という作用をもたらす。
図70乃至図72に記載の受光素子12を備えるカメラモジュール1の絞り板51の構成としては、図64のA乃至Dに示した各種の絞り板51の構成や、それらの変形例を採用することができる。
図70乃至図72に示した受光素子12のいずれかと、図64のA乃至Dいずれかの絞り板51を備えた、図10と図11に記載のカメラモジュール1は、光の入射面となるカメラモジュール1の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて2個ずつ配置した光学ユニット13に備わる光軸が、同じ方向に延びている。
このような構造のカメラモジュール1は、得られた複数枚の原画像へ超解像技術を適応して、より解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図73のAは、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第5の例を示している。
受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4は、上述したように必ずしも同一の構造ではなく、図73のAに示されるように、異なる構造であっても良い。
図73のAに示される受光素子12においては、画素アレイ1601b1と画素アレイ1601b4の構造が同じであり、画素アレイ1601b1と1601b4を構成する繰り返し単位1602c1と1602c4の構造も同じである。
これに対して、画素アレイ1601b2と画素アレイ1601b3の構造は、画素アレイ1601b1と画素アレイ1601b4の構造と異なる。具体的には、画素アレイ1601b2と画素アレイ1601b3の繰り返し単位1602c2と1602c3に含まれる画素サイズが、画素アレイ1601b1と画素アレイ1601b4の繰り返し単位1602c1と1602c4の画素サイズより大きい。さらに言えば、画素に含まれる光電変換部の大きさが大きい。画素サイズが大きいため、繰り返し単位1602c2と1602c3の領域サイズも、繰り返し単位1602c1と1602c4の領域サイズよりも大きい。このため、画素アレイ1601b2と画素アレイ1601b3は、画素アレイ1601b1と画素アレイ1601b4と比較して、同じ面積ではあるが、少ない画素数で構成されている。
図73のAの受光素子12を備えるカメラモジュール1の絞り板51の構成としては、図64のA乃至Cに示した各種の絞り板51の構成、もしくは、図73のB乃至Dに示される絞り板51の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
一般的に、大きな画素を用いる受光素子は、小さな画素を用いる受光素子よりも、信号ノイズ比(S/N比)の良い画像を得られる、という作用をもたらす。
例えば信号の読み出し回路や読み出した信号を増幅する回路でのノイズの大きさは、大きな画素を用いる受光素子と小さな画素を用いる受光素子とでほぼ同じであるのに対して、画素に備わる信号生成部で生成する信号の大きさは、画素が大きいほど大きくなる。
このため、大きな画素を用いる受光素子は、小さな画素を用いる受光素子よりも、信号ノイズ比(S/N比)の良い画像を得られる、という作用をもたらす。
一方、画素アレイの大きさが同じであるならば、小さな画素を用いる受光素子は、大きな画素を用いる受光素子よりも、解像度が高くなる。
このため、小さな画素を用いる受光素子は、大きな画素を用いる受光素子よりも、解像度の高い画像を得られる、という作用をもたらす。
図73のAに記載の受光素子12に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域1601a1と1601a4を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら2枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られないために、画像のS/N比が低下する懸念がある場合には、S/N比の高い画像が得られる受光領域1601a2と1601a3を用いて、S/N比の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら2枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
この場合、図73のAに示した受光素子12を備えるカメラモジュール1は、絞り板51の形状として、図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図73のBに記載の絞り板51の形状を用いて良い。
図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図73のCの絞り板51は、大きな画素を用いた受光領域1601a2と1601a3と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bが、他の受光領域と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bよりも大きい。
このため、図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図73のCの絞り板51を、図73のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1は、図73のBの絞り板51を、図73のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1よりも、例えば、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られない場合に、受光領域1601a2と1601a3とにおいて、よりS/N比の高い画像を得ることが可能になる、という作用をもたらす。
図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図73のDの絞り板51は、大きな画素を用いた受光領域1601a2と1601a3と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bが、他の受光領域と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bよりも小さい。
このため、図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図73のDの絞り板51を、図73のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1は、図73のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図73のBの絞り板51を、図73のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1よりも、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られる場合に、受光領域1601a2と1601a3へ入射する光の量を抑える、という作用をもたらす。
これにより、受光領域1601a2と1601a3に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域1601a2と1601a3に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう(例えば飽和電荷量を越えてしまう)という事態の発生を抑える、という作用をもたらす。
図74のAは、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第6の例を示している。
図74のAに示される受光素子12においては、画素アレイ1601b1の繰り返し単位1602c1の領域サイズが、画素アレイ1601b2及び1601b3の繰り返し単位1602c1及び1602c2の領域サイズよりも小さい。画素アレイ1601b4の繰り返し単位1602c4の領域サイズは、画素アレイ1601b2及び1601b3の繰り返し単位1602c1及び1602c2の領域サイズよりも大きい。
即ち、繰り返し単位1602c1乃至1602c4の領域サイズには、繰り返し単位1602c1<(繰り返し単位1602c2=繰り返し単位1602c3)<繰り返し単位1602c4、という関係がある。
繰り返し単位1602c1乃至1602c4の領域サイズが大きいほど、画素サイズも大きく、光電変換部のサイズも大きい。
図74のAの受光素子12を備えるカメラモジュール1の絞り板51の構成としては、図64のA乃至Cに示した各種の絞り板51の構成、もしくは、図74のB乃至Dに示される絞り板51の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
図74のAに記載の受光素子12に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域1601a1を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られないために、画像のS/N比が低下する懸念がある場合には、S/N比の高い画像が得られる受光領域1601a2と1601a3を用いて、S/N比の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら2枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
被写体の照度がさらに低くそれゆえ受光素子12において画像のS/N比がさらに低下する懸念がある場合には、S/N比のさらに高い画像が得られる受光領域1601a4を用いて、S/N比のさらに高い画像を得ることが可能となり、という作用をもたらす。
この場合、図74のAに示した受光素子12を備えるカメラモジュール1は、絞り板51の形状として、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図74のBに記載の絞り板51の形状を用いて良い。
図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図74のCの絞り板51は、大きな画素を用いた受光領域1601a2と1601a3と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bが、小さな画像を用いた受光領域1601a1と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bよりも大きい。また、さらに大きな画素を用いた受光領域1601a4と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bは、さらに大きい。
このため、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のCの絞り板51を、図74のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1は、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のBの絞り板51を、図74のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1よりも、例えば、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られない場合に、受光領域1601a2と1601a3とにおいて、よりS/N比の高い画像を得ることが可能になると共に、被写体の照度がさらに低い場合に、受光領域1601a4において、さらにS/N比の高い画像を得ることが可能になる、という作用をもたらす。
図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、例えば、図74のDの絞り板51は、大きな画素を用いた受光領域1601a2と1601a3と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bが、小さな画像を用いた受光領域1601a1と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bよりも小さい。また、さらに大きな画素を用いた受光領域1601a4と組み合わせて用いる絞り板51の開口領域51bは、さらに小さい。
このため、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のDの絞り板51を、図74のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1は、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のBの絞り板51を、図74のAに示した受光素子12と組み合わせて用いるカメラモジュール1よりも、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られる場合に、受光領域1601a2と1601a3へ入射する光の量を抑える、という作用をもたらす。
これにより、受光領域1601a2と1601a3に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域1601a2と1601a3に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう(例えば飽和電荷量を越えてしまう)という事態の発生を抑える、という作用をもたらす。
また、受光領域1601a4へ入射する光の量をさらに抑え、これにより、受光領域1601a4に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域1601a4に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう(例えば飽和電荷量を越えてしまう)という事態の発生をも抑える、という作用をもたらす。
なお、別の実施形態として、例えば一般的なカメラで用いられるように、複数枚の板を組み合わせ、その位置関係を変えることで開口の大きさを変える絞りと同様の構造を用いて、開口領域51bが可変となる絞り板51をカメラモジュールが備え、被写体の照度に応じて絞りの開口の大きさを変える構造としても良い。
例えば、図73のAと図74のAに記載の受光素子12を用いる場合に、被写体の照度が低い場合には、図73のB乃至Dと図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図73のCと図74のCの形状を用いて、これよりも被写体の照度が高い場合には、図73のBと図74のBの形状を用いて、これよりもさらに被写体の照度が高い場合には、図73のDと図74のDの形状を用いる、という構造としても良い。
図75は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第7の例を示している。
図75に示される受光素子12では、画素アレイ1601b1の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b2の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b3の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b4の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。
図76は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第8の例を示している。
図76に示される受光素子12では、画素アレイ1601b1の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b2の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b3の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b4の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図77は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第9の例を示している。
図77に示される受光素子12では、画素アレイ1601b1の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b2の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b3の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b4の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図78は、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第10の例を示している。
図78に示される受光素子12では、画素アレイ1601b1の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b2の全画素は、可視光全体の領域の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b3の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ1601b4の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図75乃至図78に示したように、受光素子12の画素アレイ1601b1乃至1601b4は、画素アレイ単位で同一帯域の波長の光を受光するように構成することができる。
従来から知られるRGB3板式の固体撮像装置は、受光素子を3個備えそれぞれの受光素子が、R画像のみ、G画像のみ、B画像のみ、を撮影する。従来から知られるRGB3板式の固体撮像装置は、1個の光学ユニットへ入射した光を、プリズムによって3方向へ分光した後、3個の受光素子を用いて受光している。このため、3個の受光素子へ入射する被写体画像の位置は、3個の間で同一である。このためこれら3個の画像へ超解像技術を適用して、感度の高い画像を得ることは難しい。
これに対して、図75乃至図78に記載の受光素子12いずれかを用いる、図10と図11に記載のカメラモジュール1は、光の入射面となるカメラモジュール1の表面において、その面内の縦方向と横方向のそれぞれに2個ずつ光学ユニット13が配置され、かつこれら4個の光学ユニット13に備わる光軸が、平行となって同じ方向に延びている。これにより、光軸が同じ方向を向きながら、受光素子12が備える4個の異なる受光領域1601a1乃至1601a4を用いて、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。
この様な構造のカメラモジュール1は、上記の配置の4個の光学ユニット13から得られた複数枚の画像を基に、これらへ超解像技術を利用して、1個の光学ユニット13から得られる1枚の画像よりも、解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
なお、図75に記載の受光素子12によって、G、R、G、B、4枚の画像を得る構成は、図66に記載の受光素子12において、G、R、G、B、4個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図76に記載の受光素子12において、R、G、B、C、4枚の画像を得る構成は、図67に記載の受光素子12において、R、G、B、C、4個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図77に記載の受光素子12において、R、C、B、C、4枚の画像を得る構成は、図68に記載の受光素子12において、R、C、B、C、4個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図78に記載の受光素子12において、R、C、C、C、4枚の画像を得る構成は、図69に記載の受光素子12において、R、C、C、C、4個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図75乃至図78に示した受光素子12いずれかを備えるカメラモジュール1の絞り板51の構成としては、図64のA乃至Dに示した各種の絞り板51の構成や、それらの変形例を採用することができる。
図79のAは、カメラモジュール1の受光素子12に備わる4個の画素アレイ1601b1乃至1601b4の画素配列の第11の例を示している。
図79のAに示される受光素子12においては、画素アレイ1601b1乃至1601b4それぞれで、1画素の画素サイズ、または、各画素が受光する光の波長が異なる。
画素サイズについては、画素アレイ1601b1が最も小さく、画素アレイ1601b2と1601b3が同サイズで、画素アレイ1601b1よりも大きく、画素アレイ1601b4が、画素アレイ1601b2と1601b3よりも、さらに大きく構成されている。画素サイズの大きさは、各画素が備える光電変換部の大きさと比例する。
各画素が受光する光の波長については、画素アレイ1601b1、1601b2、及び1601b4は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成され、画素アレイ1601b3は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。
図79のAに記載の受光素子12に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域1601a1を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子12において大きな信号が得られないために、画像のS/N比が低下する懸念がある場合には、S/N比の高い画像が得られる受光領域1601a2を用いて、S/N比の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
被写体の照度がさらに低くそれゆえ受光素子12において画像のS/N比がさらに低下する懸念がある場合には、S/N比のさらに高い画像が得られる受光領域1601a4を用いて、S/N比のさらに高い画像を得ることが可能となり、という作用をもたらす。
なお、図79のAに記載の受光素子12へ、図79のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図79のBの絞り板51を組み合わせて用いる構成は、図74のAに記載の受光素子12へ、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のBの絞り板51を組み合わせて用いる構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
また、図79のAに記載の受光素子12へ、図79のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図79のCの絞り板51を組み合わせて用いる構成は、図74のAに記載の受光素子12へ、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のCの絞り板51を組み合わせて用いる構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
また、図79のAに記載の受光素子12へ、図79のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図79のDの絞り板51を組み合わせて用いる構成は、図74のAに記載の受光素子12へ、図74のB乃至Dに記載した絞り板51の形状に関わる3枚のうち、図74のDの絞り板51を組み合わせて用いることによってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図79のAの受光素子12を備えるカメラモジュール1には、図64のA若しくはDに示した絞り板51の構成、若しくは、図79のB乃至Dに示される絞り板51の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
<18.電子機器への適用例>
上述したカメラモジュール1は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に固体撮像装置を用いる電子機器に組み込んだ形で使用することが可能である。
図80は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図80の撮像装置2000は、カメラモジュール2002、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路2003を備える。また、撮像装置2000は、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006、操作部2007、および電源部2008も備える。DSP回路2003、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006、操作部2007および電源部2008は、バスライン2009を介して相互に接続されている。
カメラモジュール2002内のイメージセンサ2001は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。このカメラモジュール2002として、上述したカメラモジュール1が採用されており、イメージセンサ2001は、上述した受光素子12に対応する。
表示部2005は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、イメージセンサ2001で撮像された動画または静止画を表示する。記録部2006は、イメージセンサ2001で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
操作部2007は、ユーザによる操作の下に、撮像装置2000が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部2008は、DSP回路2003、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006および操作部2007の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
上述したように、カメラモジュール2002として、高精度に位置決めされて接合(積層)された積層レンズ構造体11を搭載したカメラモジュール1を用いることで、高画質化及び小型化を実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置2000においても、半導体パッケージの小型化と、撮像画像の高画質化の両立を図ることができる。
<19.イメージセンサの使用例>
本開示の一実施形態に係る技術は様々な製品に応用されてよい。例えば、本開示の一実施形態に係る技術はカプセル内視鏡を用いる患者用の体内情報取得システムに応用されてもよい。
図81は、本開示の一実施形態に係る技術が応用され得る体内情報取得システム5400の概略的構成の一例を示す図である。図81を参照すると、体内情報取得システム5400は、カプセル内視鏡5401と、体内情報取得システム5400の動作を一元管理する外部制御デバイス5423と、を備える。カプセル内視鏡5401は検査中、患者により嚥下される。カプセル内視鏡5401は画像キャプチャ機能及びワイヤレス通信機能を有する。カプセル内視鏡5401は蠕動運動等により胃及び腸等の臓器内へ移動し、その後、自然な形で患者から排出されるが、その間、所定間隔にて関連の臓器内部の画像(以下、体内画像とも呼ぶ)を連続的にキャプチャし、且つそれらの体内画像についての情報を体外の外部制御デバイス5423に連続的にワイヤレスで送信する。体内画像についての受信された情報に基づき、外部制御デバイス5423は、ディスプレイデバイス(図示せず)上に体内画像を表示するために画像データを生成する。このように、体内情報取得システム5400を用いて、患者の体内の健康状態を表す画像は、カプセル内視鏡5401が嚥下された時からカプセル内視鏡5401が排出される時まで絶えず得ることができる。
カプセル内視鏡5401及び外部制御デバイス5423の構成及び機能はさらに詳細に記載される。図81に示されるように、カプセル内視鏡5401は、カプセル形状のハウジング5403に内蔵された光源ユニット5405、画像キャプチャユニット5407、画像処理ユニット5409、ワイヤレス通信ユニット5411、電力供給ユニット5415、電源ユニット5417、状態検出ユニット5419、及び制御ユニット5421の機能を有する。
光源ユニット5405は発光ダイオード(LED)等の光源を備え、例えば、画像キャプチャユニット5407の撮像視野を光で照らす。
画像キャプチャユニット5407は、イメージセンサ、及びイメージセンサの前方に設けられた複数のレンズからなる光学系を備える。観察の対象である身体組織を照射するために用いられる光からの反射光(以下、観察光とも呼ぶ)は光学系により集められ、イメージセンサ上に入射する。イメージセンサは観察光を受け入れ、光電変換し、それによりその観察光に対応する電気信号、又は言い換えれば、観察された画像に対応する画像信号を生成する。画像キャプチャユニット5407によって生成された画像信号は画像処理ユニット5409に提供される。相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ又は電荷結合素子(CCD)イメージセンサ等の様々な既知のイメージセンサが、画像キャプチャユニット5407のイメージセンサとして用いられてよいことに留意されたい。
画像処理ユニット5409は、中央処理装置(CPU)又はグラフィック処理ユニット(GPU)等のプロセッサを備え、画像キャプチャユニット5407によって生成された画像信号に対して様々なタイプの信号処理を行う。この信号処理は、画像信号を外部制御デバイス5423に送信するための最小レベルの処理(例えば、画像データ圧縮、フレームレート変換、データレート変換、及び/又はフォーマット変換)であってよい。画像処理ユニット5409を必要最小レベルの処理のみを行うように構成することで、よりコンパクトな形でより低い電力消費にて画像処理ユニット5409を実現することができ、このことはカプセル内視鏡5401にとって好適である。しかしながら、ハウジング5403内部において余分なスペース又は利用可能な電力が存在する場合、さらなる信号処理(例えば、ノイズ除去処理又は他の画質改善処理)もまた、画像処理ユニット5409によって行われてもよい。画像処理ユニット5409は、信号処理に供される画像信号をワイヤレス通信ユニット5411へ生のデータとして提供する。カプセル内視鏡5401の状態(例えば動き又は向き)についての情報が状態検出ユニット5419によって取得された場合、画像処理ユニット5409はその画像信号を、その情報と関連付けてワイヤレス通信ユニット5411に提供してもよいことに留意されたい。これにより、画像がキャプチャされた体内の位置、その画像がキャプチャされた方向等と、そのキャプチャされた画像とを関連付けることができる。
ワイヤレス通信ユニット5411は様々な種類の情報を、外部制御デバイス5423へ送信し、且つ外部制御デバイス5423から受信することができる通信デバイスを備える。この通信デバイスは、例えば、アンテナ5413及び信号を送信及び受信するための変調処理等の処理を行う処理回路を備える。ワイヤレス通信ユニット5411は、画像処理ユニット5409によって信号処理に供された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、そしてアンテナ5413を介してその画像信号を外部制御デバイス5423へ送信する。加えて、ワイヤレス通信ユニット5411は、アンテナ5413を介して外部制御デバイス5423から、カプセル内視鏡5401の駆動制御に関連する制御信号を受信する。ワイヤレス通信ユニット5411は受信された制御信号を制御ユニット5421に提供する。
電力供給ユニット5415は、例えば、電力を受けるためのアンテナコイル、アンテナコイルにおいて生成される電流から電力を回生するための電力回生回路、及び電圧昇圧回路を備える。電力供給ユニット5415において、いわゆる非接触充電、すなわちワイヤレス充電の原理が電力を生成するために用いられる。具体的には、電力供給ユニット5415のアンテナコイルに提供される所定周波数の外部磁界(電磁波)は、アンテナコイルにおいて誘導起電力を生成する。この電磁波は、例えばアンテナ5425を介して外部制御デバイス5423から送信される搬送波であってよい。電力は電力回生回路によって誘導起電力から回生され、その電力の電位は電圧昇圧回路において適切に調節され、それにより蓄電のための電力を生成する。電力供給ユニット5415によって生成された電力は電源ユニット5417に蓄えられる。
電源ユニット5417は二次電池を備え、電力供給ユニット5415によって生成された電力を蓄える。図81は、簡潔にするために電源ユニット5417からの電力の受取側を示す矢印等を省略しているが、電源部5417に蓄えられた電力は、光源ユニット5405、画像キャプチャユニット5407、画像処理ユニット5409、ワイヤレス通信ユニット5411、状態検出ユニット5419、及び制御ユニット5421に供給され、且つこれらの構成要素を駆動するために用いられてよい。
状態検出ユニット5419は、カプセル内視鏡5401の状態を検出するために、加速度センサ及び/又は角速度センサ等のセンサを備える。状態検出ユニット5419は、センサからの検出結果から、カプセル内視鏡5401の状態についての情報を取得できる。状態検出ユニット5419はカプセル内視鏡5401の状態についての取得された情報を画像処理ユニット5409に提供する。上述したように、画像処理ユニット5409において、カプセル内視鏡5401の状態についての情報は画像信号に関連付けられてよい。
制御ユニット5421はCPU等のプロセッサを備え、所定のプログラムに従って動作することによってカプセル内視鏡5401の動作を一元管理する。制御ユニット5421は、外部制御デバイス5423から送信される制御信号に従って、光源ユニット5405、画像キャプチャユニット5407、画像処理ユニット5409、ワイヤレス通信ユニット5411、電力供給ユニット5415、電源ユニット5417、及び状態検出ユニット5419の駆動を適切に制御し、それにより上述のような各構成要素の機能を実現する。
外部制御デバイス5423はCPU若しくはGPU等のプロセッサ、又は、マイクロコントローラ、若しくは、プロセッサ及びメモリ等の記憶素子が搭載された制御基板等のデバイスであってもよい。外部制御デバイス5423はアンテナ5425を備え、アンテナ5425を介して様々な種類の情報をカプセル内視鏡5401へ送信し、且つカプセル内視鏡5401から受信することができる。具体的には、外部制御デバイス5423は、制御信号をカプセル内視鏡5401の制御ユニット5421へ送信することによって、カプセル内視鏡5401の動作を制御する。例えば、光源ユニット5405が観察の対象を光で照らす光の照射状況は、外部制御デバイス5423からの制御信号によって変更されてもよい。加えて、画像キャプチャ状況(例えば、画像キャプチャユニット5407におけるフレームレート及び露出レベル)は、外部制御デバイス5423からの制御信号によって変更されてもよい。さらに、画像処理ユニット5409における処理の内容、及びワイヤレス通信ユニット5411が画像信号を送信する状況(例えば、送信間隔及び送信する画像数)が、外部制御デバイス5423からの制御信号によって変更されてもよい。
加えて、外部制御デバイス5423は、カプセル内視鏡5401から送信された画像信号に対して様々な種類の画像処理を行い、ディスプレイデバイス上にキャプチャされた体内画像を表示するための画像データを生成する。画像処理については様々な既知の信号処理、例えば現像処理(デモザイク処理)、画質改善処理(例えば帯域強調処理、超解像処理、ノイズ低減(NR)処理、及び/又はブレ補正処理)、及び/又は、拡大処理(電子ズーム処理)が行われてもよい。外部制御デバイス5423はディスプレイデバイス(図示せず)の駆動を制御し、生成された画像データに基づいて、キャプチャされた体内画像をディスプレイデバイスに表示させる。代替的に、外部制御デバイス5423はまた、記録デバイス(図示せず)に生成された画像データを記録させてよく、又はプリントデバイス(図示せず)に生成された画像データのプリントアウトをさせてもよい。
上述は本開示の一実施形態に係る技術が応用され得る体内情報取得システム5400の一例を記載する。前述された様々な構成の中から、本開示の一実施形態に係る技術がカプセル内視鏡に好適に応用されてもよい。特にこの発明は本の一実施形態に係る技術を応用し、撮像デバイスを小型化し、且つ患者への負担を低減するのに有効である。
図82は、カメラモジュール1として構成されたイメージセンサを使用する使用例を示す図である。
カメラモジュール1として構成されたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置(物理量分布検知装置)全般に対して適用可能である。
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
基板に形成された貫通孔の内側にレンズが配置されたレンズ付き基板どうしが直接接合により接合されて積層されている
積層レンズ構造体。
(2)
前記レンズ付き基板の接合面には、反射防止膜が成膜されている
前記(1)に記載の積層レンズ構造体。
(3)
前記反射防止膜は、前記レンズ表面に成膜された反射防止膜と同一である
前記(2)に記載の積層レンズ構造体。
(4)
前記反射防止膜は、屈折率の異なる複数の膜で構成される
前記(2)または(3)に記載の積層レンズ構造体。
(5)
前記複数の膜は、第1の屈折率を有する低屈折膜と、それより高い第2の屈折率を有する高屈折膜を少なくとも含み、
前記反射防止膜の最表面の膜は、前記低屈折膜である
前記(4)に記載の積層レンズ構造体。
(6)
前記直接接合は、プラズマ接合である
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(7)
前記貫通孔の側壁に、遮光膜が成膜されている
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(8)
前記レンズを保護するカバーガラスをさらに備え、
前記カバーガラスに、光学絞りとして機能する遮光膜が成膜されている
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(9)
積層された複数の前記レンズ付き基板のなかの1枚のレンズ付き基板の前記貫通孔の穴径が、光学絞りとして機能する
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(10)
複数の前記レンズ付き基板と、前記貫通孔にレンズが形成されていない基板とが積層されており、前記レンズが形成されていない基板の前記貫通孔の穴径が、光学絞りとして機能する
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(11)
前記光学絞りとして機能する前記貫通孔の穴径が、前記積層レンズ構造体を構成する複数のレンズの曲面部分の直径よりも小さい
前記(9)乃至(10)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(12)
前記光学絞りとして機能する前記貫通孔の穴径が、前記積層レンズ構造体を構成する複数のレンズの最上面から、光入射方向の反対方向に離れた位置に配置されている
前記(9)乃至(11)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(13)
前記レンズ付き基板どうしが金属接合により接合されて積層されている
前記(9)乃至(11)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(14)
前記基板は所定元素のイオンがドープされた高濃度ドープ基板である
前記(1)乃至(13)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(15)
前記基板は、不純物濃度が異なる2つの領域に分けられる
前記(14)に記載の積層レンズ構造体。
(16)
前記貫通孔の側壁は、階段形状である
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(17)
前記階段形状の平面方向の幅は、400nm乃至1μmの範囲である
前記(16)に記載の積層レンズ構造体。
(18)
前記貫通孔は、マスク後退工程とエッチング工程を複数回繰り返し行うことで形成される
前記(16)または(17)に記載の積層レンズ構造体。
(19)
前記エッチング工程は、マスクの側壁を保護する保護膜形成工程と、ドライエッチング工程からなる
前記(18)に記載の積層レンズ構造体。
(20)
基板に形成された貫通孔の内側にレンズが配置されたレンズ付き基板どうしを直接接合により接合して積層する
積層レンズ構造体の製造方法。
(21)
基板に形成された貫通孔の内側にレンズが配置されたレンズ付き基板どうしが直接接合により接合されて積層されている積層レンズ構造体を含むカメラモジュール
を備える電子機器。
(22)
基板に貫通孔が形成され、その貫通孔の内側にレンズが形成されたレンズ付き基板である第1乃至第3のレンズ付き基板の3枚のレンズ付き基板が少なくとも積層され、
前記第1のレンズ付き基板の上方に、前記第2のレンズ付き基板が配置され、
前記第1のレンズ付き基板の下方に、前記第3のレンズ付き基板が配置され、
前記第2と第3のレンズ付き基板は、基板の厚さが異なり、
前記第2および第3のレンズ付き基板のうち、基板の厚さが薄い方の基板においては、前記貫通孔の径が、前記第1のレンズ付き基板の方向に向かって小さくなり、かつ、前記第1と第2のレンズ付き基板の基板どうし、および、前記第1と第3のレンズ付き基板の基板どうしが、直接接合により接合されている
積層レンズ構造体。
(23)
基板に貫通孔が形成され、その貫通孔の内側にレンズが形成されたレンズ付き基板である第1乃至第3のレンズ付き基板の3枚のレンズ付き基板が少なくとも積層され、
前記第1のレンズ付き基板の上方に、前記第2のレンズ付き基板が配置され、
前記第1のレンズ付き基板の下方に、前記第3のレンズ付き基板が配置され、
前記第2と第3のレンズ付き基板は、前記レンズの体積が異なり、
前記第2および第3のレンズ付き基板のうち、前記貫通孔の内側に形成されたレンズの体積が小さい方の基板においては、前記貫通孔の径が、第1のレンズ付き基板の方向に向かって小さくなり、かつ、前記第1と第2のレンズ付き基板の基板どうし、および、前記第1と第3のレンズ付き基板の基板どうしが、直接接合により接合されている
積層レンズ構造体。
(24)
第1の貫通孔を有する第1の基板と、第2の貫通孔を有する第2の基板とを含む複数の基板と、
前記第1の貫通孔に配置された第1のレンズと、前記第2の貫通孔に配置された第2のレンズとを含む複数のレンズと、
を備え、
前記第1の基板は、前記第2の基板に直接接合される、積層レンズ構造体。
(25)
前記第1の基板に第1の層が形成され、前記第2の基板に第2の層が形成され、前記第1及び前記第2の層の各々は、酸化物、窒化物材料、又はカーボンのうちの1つ以上を含む、前記(24)に記載の積層レンズ構造体。
(26)
前記第1の基板は、前記第1の層及び前記第2の層を介して前記第2の基板に直接接合される、前記(25)に記載の積層レンズ構造体。
(27)
前記第1の層及び前記第2の層は、プラズマ接合された部分を含む、前記(26)に記載の積層レンズ構造体。
(28)
前記複数の基板のうちの少なくとも1つの前記基板の接合表面に、反射防止膜が形成される、前記(24)乃至前記(27)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(29)
前記反射防止膜は、前記複数のレンズのうちの少なくとも1つの前記レンズの表面に形成される、前記(28)に記載の積層レンズ構造体。
(30)
前記反射防止膜は、異なる屈折率を有する複数の膜を備える、前記(28)に記載の積層レンズ構造体。
(31)
前記複数の膜は、少なくとも、第1の屈折率を有する低屈折膜と、第2の屈折率を有する高屈折膜とを備え、
前記反射防止膜の最上層における膜は前記低屈折膜である、前記(30)に記載の積層レンズ構造体。
(32)
前記第1及び前記第2の貫通孔のうちの少なくとも1つの側壁に、遮光膜が形成される、前記(24)乃至(31)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(33)
光学絞りが形成されるカバーガラスをさらに備え、前記光学絞りは、遮光膜に形成されるアパチャを含む、前記(24)乃至(32)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(34)
前記複数の基板のうちの少なくとも1つの前記基板に形成された前記貫通孔の直径に基づいた光学絞りは、少なくとも1つの前記基板を通過する光量を低減させる、前記(24)乃至(33)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(35)
レンズを有さない貫通孔を含む基板と、前記第1の基板又は前記第2の基板のうちの少なくとも1つとが積層され、
前記レンズを有さない前記貫通孔の直径に基づいた光学絞りは、前記レンズを有さない前記貫通孔を通過する光量を制御する、前記(24)乃至(34)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(36)
前記レンズを有さない前記貫通孔の前記直径は、前記複数のレンズのうちの少なくとも1つの前記レンズの曲面部分の直径よりも小さい、前記(35)に記載の積層レンズ構造体。
(37)
前記レンズを有さない前記貫通孔の前記直径は、前記積層レンズ構造体を形成する前記複数の基板のうちの前記基板の最上位層に配置される、前記(35)に記載の積層レンズ構造体。
(38)
前記複数の基板のうちの少なくとも1つの前記基板は、異なる不純物濃度を有する2つの領域に分けられる、前記(24)乃至(37)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(39)
前記第1及び前記第2の貫通孔のうちの少なくとも1つの前記貫通孔の側壁は、階段形状を有する、前記(24)乃至(38)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(40)
前記階段形状の幅は、400nm乃至1μmの範囲である、前記(24)乃至(39)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(41)
第3の貫通孔と、前記第3の貫通孔に配置された第3のレンズとを含む第3の基板をさらに備え、
前記第2の基板は、前記第1の基板の上方に配置され、
前記第3の基板は、前記第1の基板の下方に配置され、
(i)前記第2の基板の厚さが前記第3の基板の厚さと異なるか、又は(ii)前記第2の基板における前記第2のレンズの厚さが前記第3の基板における前記第3のレンズの厚さと異なるかの少なくとも一方であり、
前記第1及び前記第2の基板は直接接合され、前記第1及び前記第3の基板は直接接合される、前記(24)乃至(40)のいずれかに記載の積層レンズ構造体。
(42)
第1のレンズが内部に配置される第1の貫通孔を含む第1の基板を形成することと、
第2のレンズが内部に配置される第2の貫通孔を含む第2の基板を形成することと、
を含み、
前記第1の基板は、前記第2の基板に直接接合される、積層レンズ構造体の製造方法。
(43)
積層レンズ構造体を含むカメラモジュールを備え、
前記積層レンズ構造体は、
第1の貫通孔を有する第1の基板と、第2の貫通孔を有する第2の基板とを含む複数の基板と、
前記第1の貫通孔に配置された第1のレンズと、前記第2の貫通孔に配置された第2のレンズとを含む複数のレンズと、
を備え、
前記第1の基板は、前記第2の基板に直接接合される、電気機器。