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JP2018050769A - Optical element, optical unit for endoscope, endoscope, and manufacturing method of optical unit for endoscope - Google Patents

  • ️Thu Apr 05 2018

<第1実施形態>
図1〜図5に示すように、本実施形態の内視鏡用光学ユニット(以下「光学ユニット」という)1は、光学素子10〜30がスペーサ50A、50Bを介して積層された略直方体のウエハレベル積層体であるレンズユニットである。
<First Embodiment>
As shown in FIGS. 1 to 5, the endoscope optical unit (hereinafter referred to as “optical unit”) 1 of the present embodiment is a substantially rectangular parallelepiped in which optical elements 10 to 30 are stacked via spacers 50 </ b> A and 50 </ b> B. This is a lens unit that is a wafer level laminate.

なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係および比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示を省略する場合がある。   In the following description, the drawings based on each embodiment are schematic, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the thickness of each part, the relative angle, and the like are actual. It should be noted that there is a case where parts having different dimensional relationships and ratios are included in the drawings. Moreover, illustration of some components may be omitted.

また、同じ構成の複数の構成要素のそれぞれをいう場合、符号の末尾を省略する。例えば、スペーサ50A、50Bのそれぞれをスペーサ50という。   In addition, when referring to each of a plurality of constituent elements having the same configuration, the end of the reference numeral is omitted. For example, each of the spacers 50A and 50B is referred to as a spacer 50.

光学素子10は、光軸Oを中心とする光路部11と光路部11の周囲の周辺部12とを含む。光路部11は、第1の主面10SAは平坦面であるが、第2の主面10SBが凹形状で、凹レンズとなっている。光学素子20の光路部21は、両主面が凸形状で、凸レンズとなっている。光学素子30の光路部31は、両主面が平坦面であるが、赤外線を遮断する赤外線カットフィルタからなる。   The optical element 10 includes an optical path portion 11 centered on the optical axis O and a peripheral portion 12 around the optical path portion 11. In the optical path portion 11, the first main surface 10SA is a flat surface, but the second main surface 10SB is concave and is a concave lens. The optical path portion 21 of the optical element 20 has a convex shape on both principal surfaces and is a convex lens. The optical path portion 31 of the optical element 30 is composed of an infrared cut filter that blocks infrared rays, although both main surfaces are flat surfaces.

光学ユニット1は、光路を隙間無く囲むリング状のスペーサ50A、50Bと、スペーサ50A、50Bの周囲に充填された接着層69A、69Bと、を含む。スペーサ50は光学素子10〜30の間隔を規定している。接着層69の上下の光学素子を強固に接着している。   The optical unit 1 includes ring-shaped spacers 50A and 50B that surround the optical path without a gap, and adhesive layers 69A and 69B filled around the spacers 50A and 50B. The spacer 50 defines the interval between the optical elements 10 to 30. The optical elements above and below the adhesive layer 69 are firmly bonded.

そして、光学素子10の周辺部12には、第1の主面10SAと第2の主面10SBとを貫通している4つの貫通溝(through-trench)T10A〜T10Dがある。貫通溝T10A〜T10Dは、それぞれの壁面が光学素子10の4側面10SSと平行である。そして、貫通溝T10A〜T10Dは、その中に充填されている樹脂により遮光壁(Shading-wall)61A〜61Dが構成されている。遮光壁61は、樹脂に炭素粒子が混合された遮光材料からなる。なお、後述するように、光学素子10では、遮光壁61と接着層69とは同じ遮光材料からなる。   In the peripheral portion 12 of the optical element 10, there are four through-trench T10A to T10D penetrating the first main surface 10SA and the second main surface 10SB. In the through grooves T10A to T10D, each wall surface is parallel to the four side surfaces 10SS of the optical element 10. And as for penetration groove | channel T10A-T10D, the light-shielding wall (Shading-wall) 61A-61D is comprised with the resin with which it was filled. The light shielding wall 61 is made of a light shielding material in which carbon particles are mixed with resin. As will be described later, in the optical element 10, the light shielding wall 61 and the adhesive layer 69 are made of the same light shielding material.

図4および図5に示す様に、貫通溝T10よりも光路部側の内周部12Aと、貫通溝T10よりも側面側の外周部12Bとは、光路部21等と同じ透明材料からなる接続部12Cを介してつながっている。言い替えれば、周辺部12は、内周部12Aと外周部12Bと接続部12Cとからなる。なお、図5では説明のため、接続部12Cをハッチング表示しているが、内周部12Aと外周部12Bと接続部12Cとは同じ材料からなる一体物である。   As shown in FIGS. 4 and 5, the inner peripheral portion 12A on the optical path side of the through groove T10 and the outer peripheral portion 12B on the side surface side of the through groove T10 are made of the same transparent material as the optical path portion 21 and the like. It is connected via the part 12C. In other words, the peripheral portion 12 includes an inner peripheral portion 12A, an outer peripheral portion 12B, and a connecting portion 12C. In FIG. 5, the connecting portion 12C is hatched for the sake of explanation, but the inner peripheral portion 12A, the outer peripheral portion 12B, and the connecting portion 12C are an integral body made of the same material.

貫通溝T10A〜T10D(遮光壁61A〜61D)の間には、透明材料からなる接続部12Cがある。しかし、光学素子10の側面10SSから観察した場合に、貫通溝T10A〜T10Dは、オーバーラップするように配置されている。すなわち、光路部11は、貫通溝T10A〜T10D(遮光壁61A〜61D)により、完全に囲まれている。   Between the through grooves T10A to T10D (light shielding walls 61A to 61D), there is a connecting portion 12C made of a transparent material. However, when viewed from the side surface 10SS of the optical element 10, the through grooves T10A to T10D are arranged to overlap each other. That is, the optical path portion 11 is completely surrounded by the through grooves T10A to T10D (light shielding walls 61A to 61D).

遮光壁61A〜61Dは、光軸Oに直交する方向から入射する光に対しては、隙間の無い1枚の壁として機能する。このため、側面1SSから光路部11に向かって入射する外光(ノイズ光)が光路部11に直進入射しない。言い替えれば、光学素子10の側面10SSと光路部11とを結ぶ全ての直線は複数の遮光壁61A〜61Dのうち少なくとも1つと交差する。   The light shielding walls 61 </ b> A to 61 </ b> D function as a single wall with no gap for light incident from a direction orthogonal to the optical axis O. For this reason, external light (noise light) incident from the side surface 1SS toward the optical path portion 11 does not enter the optical path portion 11 in a straight line. In other words, all straight lines connecting the side surface 10SS of the optical element 10 and the optical path portion 11 intersect with at least one of the plurality of light shielding walls 61A to 61D.

光学素子20、30も、光学素子10と略同じ構成の遮光壁62A〜62D、63A〜63Dを有する。
このため、光学ユニット1の側面1SSと光路部11とを結ぶ全ての直線は、複数の遮光壁のうち少なくとも1つ、またはスペーサ50と交差する。
The optical elements 20 and 30 also include light shielding walls 62A to 62D and 63A to 63D having substantially the same configuration as the optical element 10.
For this reason, all the straight lines connecting the side surface 1SS of the optical unit 1 and the optical path portion 11 intersect with at least one of the plurality of light shielding walls or the spacer 50.

後述するように、光学素子10は、複数の光学素子がマトリックス状に配置された素子ウエハの切断により作製される。もし、光路部11を囲む貫通溝が連続した環状であると、貫通溝を形成すると、光路部11および光路部側の内周部12Aは、側面側の外周部12Bから分離し外れてしまう。内周部12Aと外周部12Bとを固定しておくためには、例えば、素子ウエハをサポートウエハに接着する必要がある。サポートウエハは、貫通溝を遮光材料で充填した後に取り外される。   As will be described later, the optical element 10 is manufactured by cutting an element wafer in which a plurality of optical elements are arranged in a matrix. If the through-groove surrounding the optical path portion 11 is a continuous ring, when the through-groove is formed, the optical path portion 11 and the inner peripheral portion 12A on the optical path portion side are separated from the outer peripheral portion 12B on the side surface side. In order to fix the inner peripheral portion 12A and the outer peripheral portion 12B, for example, it is necessary to bond the element wafer to the support wafer. The support wafer is removed after the through groove is filled with the light shielding material.

これに対して、光学ユニット1では、例えば、光学素子10には、外光が光路部11に直進入射しないように取り囲んでいる貫通溝T(T10A〜T10D)があるが、内周部12Aと外周部12Bとが接続部12Cを介してつながっている。このため、サポートウエハ等を用いることなく、貫通溝T10A〜T10Dを形成できる。   On the other hand, in the optical unit 1, for example, the optical element 10 has a through groove T (T10A to T10D) that surrounds the outside light so that it does not enter the optical path portion 11 straight. The outer peripheral part 12B is connected via the connection part 12C. For this reason, the through grooves T10A to T10D can be formed without using a support wafer or the like.

光学素子10と同じように、光学素子20の周辺部22は、内周部22Aと外周部22Bと接続部22Cとからなる。また、光学素子30の周辺部32は、内周部32Aと外周部32Bと接続部32Cとからなる。   Similar to the optical element 10, the peripheral portion 22 of the optical element 20 includes an inner peripheral portion 22A, an outer peripheral portion 22B, and a connecting portion 22C. The peripheral portion 32 of the optical element 30 includes an inner peripheral portion 32A, an outer peripheral portion 32B, and a connecting portion 32C.

光学ユニット1(光学素子20)は外光が光路に入射しない遮光機能を有するが、遮光膜を配設したり、遮光枠を設けたりていないため、細径である。また、ウエハ状態で遮光壁を配設するために、光路部を囲む貫通溝を形成しても光路部が周辺部から分離しないように、サポートウエハに貼付する必要がないため、光学ユニット1は製造が容易である。   The optical unit 1 (optical element 20) has a light shielding function that prevents external light from entering the optical path, but has a small diameter because no light shielding film is provided or a light shielding frame is not provided. In addition, since the light shielding wall is provided in the wafer state, it is not necessary to attach the light shielding part to the support wafer so that the optical path part is not separated from the peripheral part even if the through groove surrounding the optical path part is formed. Easy to manufacture.

光学ユニット1は、ウエハレベルで製造され切断により個片化されるため、例えば平面視寸法が500μm×500μm、高さが800μmと超小型の直方体である。そして、透明材料からなる光学素子10〜30は、光路直交方向、すなわち光軸Oに直交する方向の断面が同じ形状および同じ大きさである。   Since the optical unit 1 is manufactured at the wafer level and separated into pieces by cutting, the optical unit 1 is an ultra-small rectangular parallelepiped having a size in plan view of 500 μm × 500 μm and a height of 800 μm, for example. The optical elements 10 to 30 made of a transparent material have the same shape and the same size in the cross section in the optical path orthogonal direction, that is, in the direction orthogonal to the optical axis O.

光学ユニット1は、ウエハレベルで製造されるため、外径(直方体においては光軸直交方向の断面の最大外寸)が、例えば、2mm以下と超小型である。そして、光学ユニット1は、外光が光路部11〜31に直進入射しないように配置されている遮光壁61A〜63Dを有するが、製造が容易である。   Since the optical unit 1 is manufactured at the wafer level, the outer diameter (the maximum outer dimension of the cross section in the direction orthogonal to the optical axis in a rectangular parallelepiped) is ultra-compact, for example, 2 mm or less. And although the optical unit 1 has the light shielding walls 61A-63D arrange | positioned so that external light may not go straight into the optical path parts 11-31, manufacture is easy.

なお、実施形態の光学ユニットは、仕様に応じて、4つ以上の光学素子が積層されていてもよいことは言うまでも無い。また、光学素子として光路部が中空のスペーサ素子が含まれていてもよい。さらに、光学ユニットには、他の構成要素、例えば、絞り等が光学素子の間に配置されていてもよい。   In addition, it cannot be overemphasized that the optical unit of embodiment may laminate | stack four or more optical elements according to a specification. In addition, a spacer element having a hollow optical path may be included as an optical element. Furthermore, the optical unit may be provided with other components such as a diaphragm between the optical elements.

<光学ユニットの製造方法>
図6に示すフローチャートに沿って、光学ユニット1の製造方法を説明する。光学ユニット1は、複数の光学ユニット1を含む積層ウエハ1W(図8参照)を切断し個片化することで製造されるウエハレベル光学ユニットである。
<Optical unit manufacturing method>
A method for manufacturing the optical unit 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The optical unit 1 is a wafer level optical unit manufactured by cutting and laminating a laminated wafer 1W (see FIG. 8) including a plurality of optical units 1.

<ステップS10>(金型成形工程):S11素子ウエハ作製工程/S12溝形成工程
複数の素子ウエハ10W〜30W(図8参照)が、仕様に基づいて作製される。例えば、図7Aおよび図8に示すように、素子ウエハ20Wは、それぞれが光路部21と光路部21を囲む周辺部22とを有する複数の光学素子20がマトリックス状に配置されている。隣り合う光学素子20の境界線は後述する個片化工程(S15)における切断線CL(図8参照)である。
<Step S10> (Mold Molding Process): S11 Element Wafer Fabrication Process / S12 Groove Formation Process A plurality of element wafers 10W to 30W (see FIG. 8) are fabricated based on specifications. For example, as shown in FIGS. 7A and 8, the element wafer 20W has a plurality of optical elements 20 each having an optical path portion 21 and a peripheral portion 22 surrounding the optical path portion 21, arranged in a matrix. The boundary line between the adjacent optical elements 20 is a cutting line CL (see FIG. 8) in the individualization step (S15) described later.

素子ウエハ10W、20Wは、ポリカーボネート等の透明の光学樹脂からなる。例えば、光学樹脂を射出成形法、またはプレス成形法等で金型成形することで、所定の形状の光路部11および貫通溝T10のある複数の光学素子20を含む素子ウエハ20Wが作製される。   The element wafers 10W and 20W are made of a transparent optical resin such as polycarbonate. For example, an element wafer 20W including a plurality of optical elements 20 having an optical path portion 11 and a through groove T10 having a predetermined shape is manufactured by molding an optical resin by die molding by an injection molding method or a press molding method.

すなわち、本実施形態の製造方法は、素子ウエハの作製工程(ステップS11)と溝形成工程(ステップS12)とが同時に行われる金型成形工程(ステップS10)を具備する。   That is, the manufacturing method of the present embodiment includes a mold forming step (step S10) in which the element wafer manufacturing step (step S11) and the groove forming step (step S12) are performed simultaneously.

すでに説明したように、例えば素子ウエハ20Wには、光路部21の周囲を囲んでいる4つの貫通溝T20A〜T20Dがあるが、側面1SSから観察した場合に、貫通溝T20A〜T20Dは、オーバーラップするように配置されている。そして、周辺部22は、貫通溝T20の内側の内周部22Aと貫通溝T20の外側の外周部22Bとが接続部22Cを介してつながっている。このため、光路部21を囲む貫通溝T20があっても、内周部22Aが外周部22Bから抜け落ちることなく、素子ウエハ20Wを作製できる。   As already described, for example, the element wafer 20W has four through grooves T20A to T20D surrounding the optical path portion 21, but when viewed from the side surface 1SS, the through grooves T20A to T20D overlap each other. Are arranged to be. In the peripheral portion 22, the inner peripheral portion 22A inside the through groove T20 and the outer peripheral portion 22B outside the through groove T20 are connected via a connecting portion 22C. Therefore, even if there is a through groove T20 surrounding the optical path portion 21, the element wafer 20W can be manufactured without the inner peripheral portion 22A falling off from the outer peripheral portion 22B.

素子ウエハ20Wの形状は金型の形状が転写されるために、光路部21として非球面レンズも容易に作製できる。素子ウエハ10Wは素子ウエハ20Wと同じ方法で作製される。   Since the shape of the mold is transferred to the element wafer 20W, an aspherical lens can be easily manufactured as the optical path portion 21. The element wafer 10W is manufactured by the same method as the element wafer 20W.

素子ウエハ30Wは、赤外線を除去する赤外線カット材料からなる平行平板のフィルタウエハである。フィルタウエハとしては、所定波長の光だけを透過し、不要波長の光をカットするバンドパスフィルタが表面に配設されている平板ガラスウエハ等でもよい。素子ウエハ30Wは、素子ウエハ20Wと同じ方法で作製してもよいし、平行平板ウエハに複数の貫通溝をエッチング法で形成してもよい。   The element wafer 30W is a parallel plate filter wafer made of an infrared cut material that removes infrared rays. The filter wafer may be a flat glass wafer or the like on the surface of which a band pass filter that transmits only light of a predetermined wavelength and cuts light of an unnecessary wavelength is disposed. The element wafer 30W may be manufactured by the same method as the element wafer 20W, or a plurality of through grooves may be formed in the parallel plate wafer by an etching method.

素子ウエハ10W〜30Wは、仕様の光の波長帯域において透明であればよく、例えば、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、または単結晶サファイア等の透明ウエハのエッチング処理により作製されてもよい。また、後述するように、平行平板透明ウエハに樹脂からなる光路部11を配設したハイブリッドレンズウエハでもよい。   The element wafers 10 </ b> W to 30 </ b> W are only required to be transparent in the wavelength band of the specification light, and may be manufactured by etching a transparent wafer such as borosilicate glass, quartz glass, or single crystal sapphire, for example. Further, as will be described later, it may be a hybrid lens wafer in which an optical path portion 11 made of resin is disposed on a parallel flat transparent wafer.

素子ウエハ10W〜30Wの構成、すなわち、材料、配置されている光学素子10〜30の形状、数、配置、および外形形状等は仕様に応じて設計される。ただし、素子ウエハ10W〜30Wの光学素子10〜30の数と配置とは同じであることが好ましい。素子ウエハ10W〜30Wの光学素子10〜30の貫通溝の形状等は異なっていてもよい(図9A〜図10A参照)。   The configuration of the element wafers 10W to 30W, that is, the material, the shape, number, arrangement, outer shape, and the like of the arranged optical elements 10 to 30 are designed according to specifications. However, the number and arrangement of the optical elements 10 to 30 of the element wafers 10W to 30W are preferably the same. The shape of the through grooves of the optical elements 10 to 30 of the element wafers 10W to 30W may be different (see FIGS. 9A to 10A).

<ステップS13>ウエハ積層工程
図7Bに示す様に、例えば、素子ウエハ20Wの第1の主面20SAに感光性の樹脂フィルムを貼り付けて、フォトマスクを介して紫外線露光し現像することで、複数の光学素子10に、それぞれリング状のスペーサ50Aが配設される。
<Step S13> Wafer Laminating Step As shown in FIG. 7B, for example, a photosensitive resin film is attached to the first main surface 20SA of the element wafer 20W, exposed to ultraviolet rays through a photomask, and developed. Each of the plurality of optical elements 10 is provided with a ring-shaped spacer 50A.

なお、金型成形工程S10において、リング状のスペーサ50を有する素子ウエハを作製してもよい。スペーサ50が光路部等と同じ透明材料からなる場合には、素子ウエハを積層する前に、スペーサ50および周辺部に遮光膜を配設することが好ましい。   In the mold forming step S10, an element wafer having the ring-shaped spacer 50 may be manufactured. When the spacer 50 is made of the same transparent material as that of the optical path portion or the like, it is preferable to dispose a light shielding film on the spacer 50 and the peripheral portion before stacking the element wafers.

図7Cに示す様に、複数の素子ウエハ10W〜30Wが、それぞれスペーサ50A、50Bを介して積層され圧着接合されることで、積層ウエハ1Wが作製される。このとき、素子ウエの外周領域に、所定の厚さDの硬質部材、例えば、金属箔を挟み込んで、加熱接合することで、素子ウエハの間隔をより厳密に所定値Dに管理できる。   As shown in FIG. 7C, a plurality of element wafers 10W to 30W are stacked and bonded by pressure bonding via spacers 50A and 50B, respectively, to manufacture a stacked wafer 1W. At this time, a hard member having a predetermined thickness D, for example, a metal foil, is sandwiched in the outer peripheral region of the element wafer and heat-bonded, whereby the interval between the element wafers can be managed to the predetermined value D more strictly.

積層ウエハ1Wの複数の素子ウエハ10W〜30Wの貫通溝T10、T20、T30は、スペーサ50の周囲の空間を介して連通している。   The through grooves T10, T20, and T30 of the plurality of element wafers 10W to 30W of the laminated wafer 1W communicate with each other through a space around the spacer 50.

<ステップS14>遮光壁配設工程
図7Dに示す様に、樹脂を含む遮光材料が、スペーサ50A、50Bの周囲および貫通溝T10〜T30の中に充填される。例えば、炭素粒子を含む液状の硬化型のシリコーン樹脂が、上下面または側面から注入される。光路は、リング状のスペーサ50により、隙間無く囲まれているため、樹脂が光路に侵入することはない。
<Step S14> Light Shielding Wall Arrangement Step As shown in FIG. 7D, a light shielding material containing resin is filled around the spacers 50A and 50B and in the through grooves T10 to T30. For example, a liquid curable silicone resin containing carbon particles is injected from the upper and lower surfaces or side surfaces. Since the optical path is surrounded by the ring-shaped spacer 50 without any gap, the resin does not enter the optical path.

本実施形態の製造方法では、遮光壁61〜63およびスペーサの周囲の接着層69A、69Bは、同じ樹脂からなり、同時に注入され硬化処理される。   In the manufacturing method of the present embodiment, the light shielding walls 61 to 63 and the adhesive layers 69A and 69B around the spacer are made of the same resin, and are simultaneously injected and cured.

遮光壁61〜63の厚さ、すなわち、貫通溝T10等の幅W(図5参照)は、遮光および生産性の観点から、10μm以上が好ましく、30μm以上が特に好ましい。貫通溝の幅の上限は、細径化の観点から例えば200μmである。なお複数の貫通溝の幅Wは同じである必要はない。また、遮光壁61〜63がオーバーラップしている接続部の長さL(図5参照)は、遮光および機械的強度の観点から、10μm以上が好ましい。   The thickness of the light shielding walls 61 to 63, that is, the width W (see FIG. 5) of the through groove T10 and the like is preferably 10 μm or more, and particularly preferably 30 μm or more from the viewpoint of light shielding and productivity. The upper limit of the width of the through groove is, for example, 200 μm from the viewpoint of reducing the diameter. The widths W of the plurality of through grooves need not be the same. Further, the length L (see FIG. 5) of the connecting portion where the light shielding walls 61 to 63 overlap is preferably 10 μm or more from the viewpoint of light shielding and mechanical strength.

貫通溝の幅Wおよび素子ウエハ10W〜30Wの間隔D(スペーサ50の厚さ)が、50μm以下の場合には、液体樹脂が毛細管現象により広がるため、特に効率良く充填できる。毛細管現象によって広がる液体樹脂は、光路部11にまで広がることはない。内部に空洞ができることを防止するために、樹脂は減圧下で注入することが好ましい。   When the width W of the through groove and the distance D (the thickness of the spacer 50) between the element wafers 10W to 30W are 50 μm or less, the liquid resin spreads due to a capillary phenomenon, so that it can be filled particularly efficiently. The liquid resin that spreads by capillary action does not spread to the optical path portion 11. In order to prevent the formation of cavities inside, it is preferable to inject the resin under reduced pressure.

なお、治具などを用いて、素子ウエハ10W〜30Wの間隔を所定の距離Dに保持する場合には、スペーサ50は必要ない。   Note that the spacer 50 is not necessary when the interval between the element wafers 10W to 30W is held at the predetermined distance D using a jig or the like.

液状樹脂を注入後に、例えば紫外線を照射したり、熱処理したりすることで、液状樹脂が硬化し固体となる。   After injecting the liquid resin, for example, by irradiating with ultraviolet rays or heat treatment, the liquid resin is cured and becomes a solid.

<ステップS15>個片化工程
図8に示す様に、積層ウエハ1Wが切断され、複数の光学ユニット1に個片化される。切断には、ブレードを用いたダイシング装置、または、高出力のレーザ加工機等を用いる。
<Step S15> Separation Process As shown in FIG. 8, the laminated wafer 1W is cut and separated into a plurality of optical units 1. For the cutting, a dicing apparatus using a blade, a high-power laser processing machine, or the like is used.

本実施形態の光学ユニット1の製造方法によれば、遮光機能を有する小型で細径の内視鏡用光学ユニットを、サポートウエハ等を用いることなく、ウエハレベルで容易に製造できる。   According to the method for manufacturing the optical unit 1 of the present embodiment, a small and small-sized endoscope optical unit having a light shielding function can be easily manufactured at a wafer level without using a support wafer or the like.

さらに、光学ユニット1の製造方法では、金型成形工程(ステップS10)において、素子ウエハの作製(S11)と同時に溝形成(S12)が行われるため製造が容易である。   Furthermore, in the manufacturing method of the optical unit 1, since the groove formation (S12) is performed simultaneously with the production of the element wafer (S11) in the mold forming step (step S10), the production is easy.

また、光学ユニット1の製造方法では、積層工程(S13)のあとに行われる遮光壁配設工程(S14)において、樹脂を含む遮光材料が、スペーサ50A、50Bの周囲および貫通溝T10〜T30の内部に同時に配設できるため、製造が容易である。   Moreover, in the manufacturing method of the optical unit 1, in the light-shielding wall arrangement | positioning process (S14) performed after a lamination process (S13), the light-shielding material containing resin is the circumference | surroundings of spacer 50A, 50B, and through-groove T10-T30. Since it can be simultaneously arranged inside, it is easy to manufacture.

<第1実施形態の変形例>
第1実施形態の変形例の光学ユニット1A〜1Fは、光学ユニット1と類似し同じ機能を有するため、相違点である貫通溝の構成について、光学素子10A〜10Fを例に説明する。
<Modification of First Embodiment>
Since the optical units 1A to 1F of the modified example of the first embodiment are similar to the optical unit 1 and have the same functions, the configuration of the through grooves, which is a difference, will be described by taking the optical elements 10A to 10F as an example.

変形例の光学ユニット1A〜1Fは、遮光壁(貫通溝)が、外光が光路部11に直進入射しないように配置されている。そして、光学素子を含む素子ウエハは、貫通溝が光路部11を囲むように配置されているが、周辺部12の内周部と外周部は接続部によりつながっている。   In the optical units 1 </ b> A to 1 </ b> F according to the modified examples, the light shielding walls (penetrating grooves) are arranged so that external light does not enter the optical path unit 11 in a straight line. The element wafer including the optical element is arranged so that the through groove surrounds the optical path portion 11, but the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the peripheral portion 12 are connected by a connecting portion.

<変形例1>
図9Aに示す様に、光学ユニット1Aの光学素子10Aは、2つの貫通溝T10A1、T10A2に充填された遮光樹脂からなる遮光壁61A1、61A2を有する。
<Modification 1>
As shown in FIG. 9A, the optical element 10A of the optical unit 1A includes light shielding walls 61A1 and 61A2 made of light shielding resin filled in the two through grooves T10A1 and T10A2.

<変形例2>
図9Bに示す様に、光学ユニット1Bの光学素子10Bは、4つの貫通溝T10B1と4つの貫通溝T10B2に充填された遮光樹脂からなる遮光壁61B1、61B2を有する。
<Modification 2>
As shown in FIG. 9B, the optical element 10B of the optical unit 1B includes light shielding walls 61B1 and 61B2 made of light shielding resin filled in the four through grooves T10B1 and the four through grooves T10B2.

<変形例3>
図10Aに示す様に、光学ユニット1Cの光学素子10Cには、貫通溝T10C1が1つしかない。しかし、貫通溝T10C1は、側面から観察したときに、端部が、オーバーラップするように形成されている。このため、貫通溝T10C1に充填された遮光材料からなる遮光壁61C1により、外光が光路部11に直進入射しない。すなわち、光学ユニットには、少なくとも1つの貫通溝(遮光壁)があればよい。
<Modification 3>
As shown in FIG. 10A, the optical element 10C of the optical unit 1C has only one through groove T10C1. However, the through groove T <b> 10 </ b> C <b> 1 is formed so that the ends overlap when observed from the side surface. For this reason, external light does not go straight into the optical path portion 11 by the light shielding wall 61C1 made of the light shielding material filled in the through groove T10C1. That is, the optical unit only needs to have at least one through groove (light-shielding wall).

<変形例4>
図10Aに示す様に、光学ユニット1Dの光学素子10Dには、光軸Oを中心に回転対称に配置されている、同じ形状の4つの貫通溝T10D1(遮光壁61D1)がある。
<Modification 4>
As shown in FIG. 10A, the optical element 10D of the optical unit 1D has four through-grooves T10D1 (light shielding walls 61D1) having the same shape and arranged rotationally symmetrically about the optical axis O.

光学ユニット1Dは、応力が光軸Oを中心に回転対称に分散して均一に印加されるため機械的強度が強い。   The optical unit 1D has a high mechanical strength because stress is distributed in a rotationally symmetrical manner around the optical axis O and uniformly applied.

<変形例5>
図10Bに示す様に、光学ユニット1Eの光学ユニット1Eは、光軸直交方向の断面が円形の略円柱であり、光軸Oを中心に回転対称に配置されている、同じ形状の4つの貫通溝T10E1(遮光壁61E1)がある。
<Modification 5>
As shown in FIG. 10B, the optical unit 1E of the optical unit 1E is a substantially circular cylinder having a circular cross section in the direction perpendicular to the optical axis, and four through-holes having the same shape and arranged rotationally symmetrically about the optical axis O. There is a groove T10E1 (light shielding wall 61E1).

光学ユニット1Eは、同じ形状の4つの貫通溝T10E1が光軸Oを中心に回転対称に配置されている。光学素子10Eは、応力が光軸Oを中心に回転対称に、分散して均一に印加されるため、機械的強度が強い。   In the optical unit 1E, four through grooves T10E1 having the same shape are arranged rotationally symmetrically about the optical axis O. The optical element 10 </ b> E has high mechanical strength because stress is applied in a rotationally symmetrical manner about the optical axis O in a distributed manner.

また、光学ユニット1Eは略円柱であるため、同じ外寸の直方体の光学ユニットと比較すると、光軸直交方向の断面の四隅に、他部材、例えば信号線を配設する空間があるため、光学ユニット1Eを有する内視鏡は細径化が容易である。   In addition, since the optical unit 1E is substantially cylindrical, compared to a rectangular parallelepiped optical unit having the same outer dimensions, there are spaces for disposing other members such as signal lines at the four corners of the cross section in the direction perpendicular to the optical axis. The endoscope having the unit 1E can be easily reduced in diameter.

<変形例6>
図10Cに示す様に、光学ユニット1F光学ユニット1Fは、光軸直交方向の断面が六角形の略六角柱であり、光軸Oを中心に回転対称に配置されている、同じ形状の貫通溝T10F1、T10F1(遮光壁61F1、61F2)がある。
<Modification 6>
As shown in FIG. 10C, the optical unit 1F is an approximately hexagonal column having a hexagonal cross section in the direction orthogonal to the optical axis, and is a through-groove having the same shape and arranged rotationally symmetrically about the optical axis O. There are T10F1 and T10F1 (light shielding walls 61F1 and 61F2).

光学ユニット1Fは、応力が光軸Oを中心に回転対称に、分散して均一に印加されるため、機械的強度が強い。   The optical unit 1F has a high mechanical strength because stress is applied in a rotationally symmetrical manner with the optical axis O as a center and distributed and uniformly.

また、六角柱の光学ユニット1Fは、直方体の光学ユニット1等と比較すると、他部材を配設する空間が周囲にある。このため、光学ユニット1Fを有する内視鏡は細径化が容易である。   Further, the hexagonal column optical unit 1F has a space around which other members are disposed, as compared with the rectangular parallelepiped optical unit 1 and the like. For this reason, an endoscope having the optical unit 1F can be easily reduced in diameter.

なお、略直方体の光学ユニット1等においても、光軸に平行に角部が面取りされていたり、曲面加工されていたりしてもよい。すなわち、光学ユニットの形状は略直方体に限定されるものではない。   In the substantially rectangular parallelepiped optical unit 1 or the like, the corners may be chamfered parallel to the optical axis or may be curved. That is, the shape of the optical unit is not limited to a substantially rectangular parallelepiped.

<第2実施形態>
本実施形態の光学ユニット1G、および光学ユニット1Gの製造方法は、光学ユニット1、および光学ユニット1の製造方法と類似し同じ機能を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
Second Embodiment
Since the optical unit 1G and the manufacturing method of the optical unit 1G of the present embodiment are similar to the optical unit 1 and the manufacturing method of the optical unit 1 and have the same functions, components having the same functions are denoted by the same reference numerals and described. Is omitted.

図11に示す様に、光学ユニット1Gでは、積層工程で積層された積層ウエハ1WGには、遮光壁61〜63が配設されているが、スペーサ50A、50Bの周囲は空間となっている。   As shown in FIG. 11, in the optical unit 1G, the laminated wafers 1WG laminated in the laminating process are provided with light shielding walls 61 to 63, but the space around the spacers 50A and 50B is a space.

すなわち図12のフローチャートに示す様に、光学ユニット1Gの製造方法では、積層工程(S13B)の前に行われる遮光壁配設工程(S13A)において、それぞれの素子ウエハ10W〜30Wの貫通溝の中に遮光材料が配設され、遮光壁61〜63が作製される。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 12, in the manufacturing method of the optical unit 1G, in the light shielding wall arranging step (S13A) performed before the stacking step (S13B), in the through grooves of the respective element wafers 10W to 30W. A light shielding material is provided on the light shielding walls 61 to 63.

例えば、遮光壁61〜63は電気めっき法により形成される金属、例えば、銅からなる。具体的には、CVD法により素子ウエハ10W〜30Wの主面および貫通溝の壁面に下地導電膜が配設されてから、めっきマスク膜が光路部の表面を覆うように配設され、電気めっき法により貫通溝の内部および周辺部の表面に銅めっき膜(遮光膜)が配設される。貫通溝の内部の遮光膜と、周辺部の表面の遮光膜とは、つながっているため、剥離しにくい。   For example, the light shielding walls 61 to 63 are made of a metal formed by electroplating, for example, copper. Specifically, after the base conductive film is disposed on the main surfaces of the element wafers 10W to 30W and the wall surfaces of the through grooves by the CVD method, the plating mask film is disposed so as to cover the surface of the optical path portion, and electroplating is performed. By this method, a copper plating film (light-shielding film) is disposed on the inside and the peripheral surface of the through groove. Since the light shielding film inside the through groove and the light shielding film on the surface of the peripheral portion are connected, it is difficult to peel off.

なお、例えば貫通溝の幅が50μm以上の場合には、遮光材料(遮光膜)が貫通溝の内部を完全に充填している必要はない。少なくとも貫通溝の壁面が所定厚以上(例えば10μm以上)の遮光膜で覆われていれば、貫通溝の内部に空間があってもよい。   For example, when the width of the through groove is 50 μm or more, the light shielding material (light shielding film) does not need to completely fill the inside of the through groove. As long as at least the wall surface of the through groove is covered with a light shielding film having a predetermined thickness or more (for example, 10 μm or more), there may be a space inside the through groove.

もちろん、光学ユニット1Gの遮光壁61〜63が、光学ユニット1と同じように、遮光材料を含む樹脂で構成されていてもよい。   Of course, the light shielding walls 61 to 63 of the optical unit 1 </ b> G may be made of a resin containing a light shielding material, like the optical unit 1.

積層工程(S13B)の後の接着剤注入工程(S13C)において、スペーサ50A、50Bの周囲に、例えば、炭素粒子を含む液状の硬化型のシリコーン樹脂からなる接着剤が側面から注入される。   In the adhesive injection step (S13C) after the lamination step (S13B), for example, an adhesive made of a liquid curable silicone resin containing carbon particles is injected from the side surface around the spacers 50A and 50B.

スペーサ50が遮光材料により構成されている場合には、接着層69は透光性であってもよい。逆に接着層69が遮光材料により構成されている場合には、スペーサ50は透光性であってもよい。なお、光学ユニット1Gの側面が遮光膜で覆われていてもよい。   When the spacer 50 is made of a light shielding material, the adhesive layer 69 may be translucent. Conversely, when the adhesive layer 69 is made of a light shielding material, the spacer 50 may be translucent. The side surface of the optical unit 1G may be covered with a light shielding film.

また、光学ユニット1Gでは、積層工程で配設されるスペーサ50が、接着層69を兼ねていてもよい。例えば、素子ウエハに感光性の樹脂フィルムを貼り付けて、フォトマスクを介して紫外線露光し現像することで、光路領域に開口のあるスペーサフィルムが作製される。切断工程により個片化されると、スペーサフィルムは外寸が、光学素子の外寸と同じ、スペーサ兼接着層となる。   In the optical unit 1G, the spacer 50 disposed in the stacking process may also serve as the adhesive layer 69. For example, a spacer resin film having an opening in the optical path region is produced by attaching a photosensitive resin film to the element wafer, exposing it to ultraviolet rays through a photomask, and developing it. When separated by the cutting process, the spacer film becomes a spacer / adhesive layer having the same outer dimension as that of the optical element.

遮光機能を有する感光性樹脂フィルムでスペーサフィルムを構成する場合には、開口を形成するための露光は、紫外線よりも透過性の高い電子線またはX線を用いる。なお、感光性樹脂を素子ウエハ上にスピンコートし、フォトマスクを介して紫外線露光し現像して形成しても良い。
When the spacer film is formed of a photosensitive resin film having a light shielding function, an electron beam or an X-ray having higher transparency than ultraviolet rays is used for exposure for forming the opening. Alternatively, a photosensitive resin may be spin-coated on the element wafer, exposed to ultraviolet rays through a photomask and developed.

なお、第2実施形態では、図11で示したように、素子ウエハ10W〜30Wを積層し切断して光学ユニット1Gが製造された。これに対して、図13に示す様に、例えば1つの凸レンズのみを有する光学ユニットを製造する場合には、積層工程は不要で、素子ウエハ20Wだけが切断され、光学素子20が作製される。   In the second embodiment, as shown in FIG. 11, the optical wafer 1G is manufactured by stacking and cutting the element wafers 10W to 30W. On the other hand, as shown in FIG. 13, for example, when an optical unit having only one convex lens is manufactured, the laminating process is not required, and only the element wafer 20W is cut to produce the optical element 20.

すなわち、実施形態の光学素子20は、光軸を中心とする光路部と前記光路部の周囲の周辺部とを含み、前記周辺部に少なくとも1つの貫通溝があり、前記貫通溝が中に配設された遮光材料からなる遮光壁により、前記周辺部の外側からの外光が前記光路部に直進入射しないように配置されており、前記周辺部が、光路部側の内周部と、側面側の外周部と、前記内周部と前記外周部とをつないでいる接続部と、を具備する。   In other words, the optical element 20 of the embodiment includes an optical path portion centered on the optical axis and a peripheral portion around the optical path portion, and the peripheral portion has at least one through groove, and the through groove is disposed in the inside. The light shielding wall made of a light shielding material is arranged so that external light from the outside of the peripheral part does not go straight into the optical path part, and the peripheral part includes an inner peripheral part on the optical path part side and a side surface. A peripheral portion on the side, and a connecting portion connecting the inner peripheral portion and the outer peripheral portion.

<第3実施形態>
本実施形態の光学ユニット1H、および光学ユニット1Hの製造方法は、光学ユニット1、および光学ユニット1の製造方法と類似し同じ機能を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
<Third Embodiment>
Since the optical unit 1H and the manufacturing method of the optical unit 1H of the present embodiment are similar to the optical unit 1 and the manufacturing method of the optical unit 1 and have the same function, components having the same function are denoted by the same reference numerals and described. Is omitted.

図13に示すように、光学ユニット1Hは、素子ウエハ10W〜30Wの対向する面が接触している。すなわち、光学ユニット1Hは、スペーサ50および接着層69を有していない。   As shown in FIG. 13, the optical unit 1H is in contact with the opposing surfaces of the element wafers 10W to 30W. That is, the optical unit 1H does not have the spacer 50 and the adhesive layer 69.

素子ウエハ10W〜30Wの対向面を、他部材を介さずに接合するには、例えば表面活性化常温接合法を用いる。例えば素子ウエハ10W〜30Wは、表面にアルゴンイオンビームが照射され活性化した状態とし真空中で積層することで常温で接合される。または、遮光壁61〜63を遮光樹脂で構成する場合には、素子ウエハ10W〜30Wの表面に露出した遮光樹脂の粘着性によって、素子ウエハを接合してもよい。   In order to bond the opposing surfaces of the element wafers 10W to 30W without interposing other members, for example, a surface activated room temperature bonding method is used. For example, the element wafers 10W to 30W are bonded to each other at room temperature by stacking them in a vacuum by irradiating the surfaces with an argon ion beam and activating them. Alternatively, when the light shielding walls 61 to 63 are made of a light shielding resin, the element wafer may be bonded by the adhesiveness of the light shielding resin exposed on the surface of the element wafers 10W to 30W.

<第4実施形態>
本実施形態の光学ユニット1Iは、光学ユニット1と類似し同じ機能を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Since the optical unit 1I of this embodiment is similar to the optical unit 1 and has the same function, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図15に示す様に、光学ユニット1Iでは、素子ウエハ10WIの光学素子10Iは、平行平板ガラスの第2の主面10SBに樹脂からなる非球面の凹レンズ(光路部11I)が配設されている、(ガラス+樹脂)からなるハイブリッドレンズ素子である。素子ウエハ20WIの光学素子20Iは、平行平板ガラスの両面に樹脂からなる非球面の凸レンズ21A、21Bが配設されているハイブリッドレンズ素子である。   As shown in FIG. 15, in the optical unit 1I, the optical element 10I of the element wafer 10WI is provided with an aspheric concave lens (optical path portion 11I) made of resin on the second main surface 10SB of parallel flat glass. , (Glass + resin) hybrid lens element. The optical element 20I of the element wafer 20WI is a hybrid lens element in which aspherical convex lenses 21A and 21B made of resin are disposed on both sides of a parallel flat glass.

ハイブリッドレンズは、例えば、平行平板ガラスウエハにレンズ用透明樹脂を塗布し、所定形状の金型をレンズ用透明樹脂に押し付けて、紫外線(UV)を照射してレンズ用透明樹脂を硬化させることで配設される。   For example, a hybrid lens is formed by applying a transparent resin for a lens to a parallel flat glass wafer, pressing a mold having a predetermined shape against the transparent resin for the lens, and irradiating ultraviolet rays (UV) to cure the transparent resin for the lens. Arranged.

平行平板ガラスからなる素子ウエハへの貫通溝の形成は、例えば、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングにより行われる。   The through groove is formed on the element wafer made of parallel flat glass by, for example, wet etching using a hydrofluoric acid solution.

さらに、光学素子30Iの第2の主面30SBには、光学素子10I〜30Iが集光した光を受光する撮像素子40が配設されている。   Furthermore, an imaging element 40 that receives light collected by the optical elements 10I to 30I is disposed on the second main surface 30SB of the optical element 30I.

すなわち、半導体基板からなる撮像素子40の撮像面40SAには、CMOS受光素子等の受光部41と、スペーサ50A、50Bと同じ構成のスペーサ50Cとが配設されている。受光部41は光学ユニット1の光学素子10I〜30Iが集光した光を受光する。スペーサ50Cは、光学素子30Iの第2の主面30SBと当接している。すなわち、光学素子30Iの裏面30SBと、撮像素子40の撮像面40SAとの間の距離は、スペーサ50Cの厚さにより規定されている。なお、貫通配線42を介して、受光部41は裏面40SBの外部接続電極49と接続されている。   That is, a light receiving portion 41 such as a CMOS light receiving element and a spacer 50C having the same configuration as the spacers 50A and 50B are disposed on the image pickup surface 40SA of the image pickup element 40 made of a semiconductor substrate. The light receiving unit 41 receives light collected by the optical elements 10I to 30I of the optical unit 1. The spacer 50C is in contact with the second main surface 30SB of the optical element 30I. That is, the distance between the back surface 30SB of the optical element 30I and the imaging surface 40SA of the imaging element 40 is defined by the thickness of the spacer 50C. The light receiving portion 41 is connected to the external connection electrode 49 on the back surface 40SB via the through wiring 42.

光学ユニット1Iの製造方法では、素子ウエハ作製工程(S11)において、公知の半導体製造技術により、複数の撮像素子40を含む撮像素子ウエハ40Wが作製される。そして、ウエハ積層工程(S13)において撮像素子ウエハ40Wも積層された積層ウエハ1WIが作製される。   In the manufacturing method of the optical unit 1I, in the element wafer manufacturing step (S11), an imaging element wafer 40W including a plurality of imaging elements 40 is manufactured by a known semiconductor manufacturing technique. Then, in the wafer stacking step (S13), a stacked wafer 1WI in which the imaging element wafer 40W is also stacked is manufactured.

積層ウエハ1WIの切断により作製された光学ユニット1Iの撮像素子40の光路直交方向の断面は、光学素子10I〜30Iの断面と同じ大きさの矩形である。このため、遮光機能を有する撮像ユニットである光学ユニット1Iは細径の直方体であり製造が容易である。   The cross section in the optical path orthogonal direction of the image sensor 40 of the optical unit 1I produced by cutting the laminated wafer 1WI is a rectangle having the same size as the cross sections of the optical elements 10I to 30I. For this reason, the optical unit 1I which is an imaging unit having a light shielding function is a rectangular parallelepiped having a small diameter and is easy to manufacture.

なお、第2実施形態または第3実施形態の光学ユニットにおいても、貫通溝が、第1実施形態の変形例の光学ユニット1A〜1Fのような構成であってもよい。また、第3実施形態の光学ユニットの製造方法においても、第2実施形態の光学ユニット1Gの製造方法のように、ウエハ積層工程の後に、接着層樹脂が注入されてもよい。さらに、第1実施形態または第2実施形態の光学ユニットにおいても、第3実施形態の光学ユニット1Iのように、光学素子が、ハイブリッドレンズ素子でもよいし、撮像素子40を含んでいてもよい。   In addition, also in the optical unit of the second embodiment or the third embodiment, the through groove may be configured as the optical units 1A to 1F of the modified example of the first embodiment. Also in the method for manufacturing the optical unit of the third embodiment, the adhesive layer resin may be injected after the wafer stacking step as in the method for manufacturing the optical unit 1G of the second embodiment. Furthermore, also in the optical unit of the first embodiment or the second embodiment, the optical element may be a hybrid lens element or may include the image sensor 40 as in the optical unit 1I of the third embodiment.

<第5実施形態>
図16に示すように、本実施形態の内視鏡9は挿入部9Bの基端側に配設された操作部9Cと、操作部9Cから延出するユニバーサルコード9Dと、を含む。なお、先端部9Aに配設された光学ユニット1が集光した光は、撮像素子により撮像信号となり、ユニバーサルコード9Dを挿通するケーブルを介してプロセッサに伝送される。
<Fifth Embodiment>
As shown in FIG. 16, the endoscope 9 according to the present embodiment includes an operation unit 9C disposed on the proximal end side of the insertion unit 9B, and a universal cord 9D extending from the operation unit 9C. The light collected by the optical unit 1 disposed at the distal end portion 9A becomes an image signal by the image sensor, and is transmitted to the processor via a cable that passes through the universal cord 9D.

実施形態の内視鏡9は、遮光機能を有する小型/細径の光学ユニット1を先端部9Aに具備するため、細径で製造が容易である。   The endoscope 9 of the embodiment has a small diameter and is easy to manufacture because the distal end portion 9A includes the small / thin optical unit 1 having a light shielding function.

光学ユニット1A〜1Iを具備する内視鏡が、内視鏡9と同じ効果を有することは言うまでも無い。また、また、内視鏡9は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、実施形態の内視鏡は、光学ユニット1(1A〜1I)を具備するカプセル型でもよい。   Needless to say, the endoscope including the optical units 1 </ b> A to 1 </ b> I has the same effect as the endoscope 9. Moreover, although the endoscope 9 is a flexible mirror, it may be a rigid endoscope. The endoscope of the embodiment may be a capsule type including the optical unit 1 (1A to 1I).

本発明は、上述した実施形態等に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせおよび応用が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications, combinations, and applications are possible without departing from the spirit of the invention.