(57)【要約】【課題】絞りが一体に設けられるレンズを複数備えるレンズアレイにおいて、絞りの位置の自由度を高める。【解決手段】複数の貫通孔が形成された基板と、前記複数の貫通孔の各々を埋めて前記基板に設けられた複数のレンズと、を備えるレンズアレイであって、前記貫通孔には、当該貫通孔を埋めるレンズの光軸に垂直な一平面において、当該貫通孔の内壁から前記レンズの光軸に向って当該レンズ内に延在し当該光軸を中心とする開口を形成する入射光に対して不透明な突起部が、前記開口以外の部分に入射する光を遮蔽する絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイ。【選択図】図３
2011180293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔が形成された基板と、前記複数の貫通孔の各々を埋めて前記基板に設けられた複数のレンズと、を備えるレンズアレイであって、
前記貫通孔には、当該貫通孔を埋めるレンズの光軸に垂直な一平面において、当該貫通孔の内壁から前記レンズの光軸に向って当該レンズ内に延在し当該光軸を中心とする開口を形成する入射光に対して不透明な突起部が、前記開口以外の部分に入射する光を遮蔽する絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズアレイであって、
前記基板は、複数の孔が同じ配列で設けられた複数の基板部材が積層されたものであり、
前記複数の基板部材は、そのうちの一部の基板部材に設けられた前記孔の開口面積が他の基板部材に設けられた前記孔の開口面積よりも小さく形成されており、
当該複数の基板部材はそれぞれの孔の位置が合うように積層されて前記基板の前記貫通孔が形成されており、
前記一部の基板の少なくとも前記貫通孔内を埋めるレンズ内に延在する部分が前記入射光に対して不透明な前記突出部とされており、
このように構成することにより、前記一部の基板部材の孔を前記開口とする当該突出部が前記絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のレンズアレイであって、
前記絞りの前記開口側の縁部が先鋭となっていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレンズアレイを少なくとも一つ含む複数のレンズアレイが積層されたレンズアレイ積層体。
【請求項５】
請求項４に記載のレンズアレイ積層体と、ウエハ上に複数の固体撮像素子が配列されたセンサアレイと、を備え、前記レンズアレイ積層体が前記センサアレイ上に積層された素子アレイ積層体。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレンズアレイから一つの前記レンズを含んで分割されたレンズモジュール。
【請求項７】
請求項４に記載のレンズアレイ積層体から、積層方向に並ぶレンズを含んで分割されたレンズモジュール積層体。
【請求項８】
請求項５に記載の素子アレイ積層体から、積層方向に並ぶ固体撮像素子及びレンズを含んで分割された撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子機器の携帯端末には、小型で薄型な撮像ユニットが搭載されている。このような撮像ユニットは、一般に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子と、固体撮像素子上に被写体像を結像する一つ以上のレンズと、を備えている。
【０００３】
携帯端末の小型化・薄型化により、携帯端末に搭載される撮像ユニットにも更なる小型化・薄型化が要請されている。また、製造時の生産性も要請されている。かかる要請に対して、複数の固体撮像素子が配列されたセンサアレイに、複数のレンズが配列された一以上のレンズアレイを積層し、得られた積層体を、それぞれに固体撮像素子及びレンズを含むように切断して撮像ユニットを量産する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上述の用途に用いられるレンズアレイとして、特許文献１には、ガラス等の光透過性材料からなる平行平板の基板の表面に樹脂材料からなるレンズ部材を接合し、基板とレンズ部材とでレンズを構成したものが記載されている。また、特許文献２には、基板に貫通孔を形成し、貫通孔を埋める樹脂材料でレンズを形成したものが記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載のレンズアレイでは、レンズの各部の厚みを基板の厚み以下とすることはできず、レンズの薄型化が阻害される。一方、特許文献２に記載のレンズアレイによれば、レンズは基板の貫通孔に設けられるので、基板よりも薄い部分を有するレンズも形成することができる。
【０００６】
また、撮像ユニットには、一般に、像の明るさを調節するための開口絞りが組み込まれる（例えば、特許文献１、３参照）。特許文献１には、塗布や真空蒸着などのコーティング手法により基板の表面に絞りのパターンを形成し、レンズと一体にレンズの内部に絞りを配置した構成が記載されている。また、特許文献３には、レンズとは別部材の絞りをレンズの外部に配置した構成が記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載の構成によれば、撮像ユニットの組み立てにおいてレンズと絞りとの位置合わせが不要であり、更に、複数の撮像ユニットに一括して絞りを組み込むことができ、撮像ユニットの量産に適する。しかし、絞りの最適な位置は、光学系の構成によって異なり、例えばレンズの内部であっても入射面からの最適な距離が光学系の構成によって異なる。特許文献１に記載の構成では、絞りの位置は基板の表面に制限され、変更することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第０８／１０２６４８号
【特許文献２】国際公開第０９／０７６７９０号
【特許文献３】特許第３９２６３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、絞りが一体に設けられるレンズを複数備えるレンズアレイにおいて、絞りの位置の自由度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
複数の貫通孔が形成された基板と、前記複数の貫通孔の各々を埋めて前記基板に設けられた複数のレンズと、を備えるレンズアレイであって、前記貫通孔には、当該貫通孔を埋めるレンズの光軸に垂直な一平面において、当該貫通孔の内壁から前記レンズの光軸に向って当該レンズ内に延在し当該光軸を中心とする開口を形成する入射光に対して不透明な突起部が、前記開口以外の部分に入射する光を遮蔽する絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、貫通孔の深さ方向に絞りの位置を変えることができる。即ち、絞りの位置の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を説明するための撮像ユニットの一例を示す図。
【図２】本発明の実施形態を説明するためのレンズアレイの一例を示す図。
【図３】図２のレンズアレイをIII-III線断面で示す図。
【図４】図２のレンズアレイに含まれる基板の製造方法の一例を示す図。
【図５】図２のレンズアレイの製造に用いられる成形型の一例を示す図。
【図６】図２のレンズアレイの製造方法の一例を示す図。
【図７】図２のレンズアレイの変形例を示す図。
【図８】図２のレンズアレイの他の変形例を示す図。
【図９】本発明の実施形態を説明するためのレンズアレイの他の例を示す図。
【図１０】図９のレンズアレイの変形例を示す図。
【図１１】図１の撮像ユニットの製造方法の一例を示す図。
【図１２】図１１の撮像ユニットの製造方法の変形例を示す図。
【図１３】図１の撮像ユニットの製造方法の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、撮像ユニットの一例を示す。
【００１４】
図１に示す撮像ユニット１は、固体撮像素子２２を含むセンサモジュール２と、レンズ３２を含むレンズモジュール３と、を備えている。
【００１５】
センサモジュール２は、ウエハ片２１を有している。ウエハ片２１は、例えばシリコンなどの半導体で形成されており、平面視略矩形状に形成されている。ウエハ片２１の略中央部には固体撮像素子２２が設けられている。固体撮像素子２２は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどであり、ウエハ片２１に対して周知の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、不純物添加工程、等を繰り返し、ウエハ片２１上に受光領域、電極、絶縁膜、配線、等を形成して構成されている。
【００１６】
レンズモジュール３は、基板片３１と、レンズ３２とを有している。基板片３１は、センサモジュール２のウエハ片２１と略同一の平面視略矩形状に形成されている。基板片３１の中央部には、基板片３１を厚み方向に貫通する貫通孔３４が形成されている。この貫通孔３４には、絞り３６が設けられている。レンズ３２は、貫通孔３４を埋めて設けられ、基板片３１に固着されている。レンズ３２の光軸方向の両端にそれぞれ形成される光学面３３は、図示の例ではいずれも凸形状の球面であるが、用途に応じて、凸形状の球面、凹形状の球面、非球面、又は平面の種々の組み合わせを採り得る。
【００１７】
レンズモジュール３は、その基板片３１とセンサモジュール２のウエハ片２１との間にスペーサ３５を介在させてセンサモジュール２に積層されている。レンズ３２は、固体撮像素子２２の受光領域に被写体像を結像させる。基板片３１は、好ましくは遮光性であり、それによれば、結像に不要な光が基板片３１を透過して固体撮像素子２２に入射することを遮断することができる。なお、図示の例では、センサモジュール２に積層されるレンズモジュール３が一つであるが、センサモジュール２に複数のレンズモジュール３が積層される場合もある。
【００１８】
スペーサ３５は、センサモジュール２上でレンズモジュール３が安定する限り、その形状は特に限定されないが、好ましくは、固体撮像素子２２を包囲する枠状とされる。スペーサ３５を枠状とすれば、センサモジュール２とレンズモジュール３との間の空間を外より隔絶することができる。それにより、センサモジュール２とレンズモジュール３との間の空間への塵などの異物の進入を阻止し、異物が固体撮像素子２２やレンズ３２に付着することを防止することができる。更に、この場合に、スペーサ３５を遮光性のものとすれば、結像に不要な光がセンサモジュール２とレンズモジュール３との間から固体撮像素子２２に入射することを遮断することができる。
【００１９】
以上のように構成された撮像ユニット１は、典型的には携帯端末の回路基板にリフロー実装される。即ち、回路基板には、撮像ユニット１が実装される位置に予めペースト状の半田が印刷され、そこに撮像ユニット１が載せられる。そして、この撮像ユニット１を含む回路基板に赤外線の照射や熱風の吹付けといった加熱処理が施され、それにより半田を溶かして撮像ユニット１は回路基板に実装される。
【００２０】
図２及び図３は、レンズアレイの一例を示す。
【００２１】
図２及び図３に示すレンズアレイ５は、基板３０と、複数のレンズ３２と、を備えている。上述のレンズモジュール３は、基板３０を切断し、個々にレンズ３２を含むようにレンズアレイ５を分割して得られる。換言すれば、レンズアレイ５は、上述のレンズモジュール３の集合体である。
【００２２】
基板３０は、ウエハ状（円板状）をなし、その直径は、典型的には６インチ、８インチ、又は１２インチとされる。基板３０には、基板３０を厚み方向に貫通する複数の貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、行列状に配列されており、上記のサイズの基板３０に、典型的には数千個の貫通孔３４が配列される。なお、基板３０は、ウエハ状のものに限られず、例えば矩形状のものであってもよい。また、貫通孔３４の配列は、行列状に限られず、例えば放射状、同心の円環状、その他の２次元の配列であってもよく、また、１次元の配列であってもよい。
【００２３】
貫通孔３４内には、絞り３６が設けられている。絞り３６は、貫通孔３４を埋めるレンズ３２の光軸に垂直な一平面において貫通孔３４の内壁からレンズ３２の光軸に関して対称に該光軸に向って突出した環状の突起部で形成されており、基板３０と一体である。そして、絞り３６は、レンズ３２の光軸を中心とする開口を形成し、レンズ３２に入射する光に対して不透明とされている。そこで絞り３６は、レンズ３２に入射する光線束の一部は開口３７を通して透過させ、その余の光線束は遮断する。絞り３６は、上述の撮像ユニット１（図１参照）における光学系の構成に応じて、貫通孔３４の深さ方向の適宜な箇所に配置される。図示の例では、絞り３６は、貫通孔３４の深さ方向の略中央にあたる箇所に配置されている。
【００２４】
レンズ３２は、貫通孔３４を埋めて設けられており、絞り３６を包含している。レンズ３２が、基板３０と一体の絞り３６を包含し、これを貫通孔３４の深さ方向に挟み込むことによって、基板３０とレンズ３２との間には、貫通孔３４の深さ方向へのレンズ３２の変位を阻止する機械的な係合が生じる。それにより、基板３０へのレンズ３２の固着が安定する。
【００２５】
また、貫通孔３４を埋めて設けられるレンズ３２は、その全体を単一の材料で形成することができ、光学性能に優れる。即ち、レンズ３２の光軸上に、屈折率等の光学特性が互いに異なる材料同士の境界は形成されず、境界における反射、それによるフレアやゴーストの発生が抑制される。
【００２６】
絞り３６の厚さは、図示の例のように、基板３０に比較して十分に薄く、好ましくは、基板３０の厚さの１／１０以下である。これによれば、絞り３６の開口３７を形成する縁部における反射、それによるフレアやゴーストの発生を抑制することができる。なお、絞り３６を比較的厚くする場合にも、絞り３６の縁部、若しくは絞り３６の全体をテーパとして、縁部を先鋭とすることによって、フレアやゴーストの発生を抑制することができる。
【００２７】
以下、図２のレンズアレイの製造方法の一例を説明する。
【００２８】
図４は、図２のレンズアレイに含まれる基板の製造方法の一例を示す。
【００２９】
図４に示す例は、基板素材４０にブラスト加工を施して複数の貫通孔３４を一括して形成し、基板３０を得るものである。基板素材４０は、基板３０と同じ外形で、かつ同じ厚みに形成されている。基板素材４０（基板３０）の材料は、ガラス、シリコン、ＳＵＳなどの金属、アクリルやエポキシやＰＡＩ（ポリアミドイミド）やＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）などの樹脂、等を用いることができる。
【００３０】
ＦＩＧ．４Ａに示すように、ブラスト用マスク４１を基板素材４０の図中上側の表面（以下、上面という）及び下側の表面（以下、下面という）にそれぞれ設ける。マスク４１には、基板３０における複数の貫通孔３４と同じ並びで複数の孔４２が形成されており、マスク４１は、基板素材４０の表面の複数の領域を露呈させる。孔４２の径は、貫通孔３４（図３参照）の開口と同じ径とする。
【００３１】
ＦＩＧ．４Ｂに示すように、基板素材４０の上面側、及び下面側のそれぞれからブラスト加工を施して、基板素材４０の露呈した領域を除去し、基板素材４０の上面、及び下面に、それぞれ複数の凹部３４ａを形成する。上下に並ぶ一対の凹部３４ａの間には、所定の厚みで仕切り部３４ｂが残される。上面の凹部３４ａの深さ、及び下面の凹部３４ａの深さは、上面側からのブラスト加工、及び下面側からのブラスト加工それぞれの加工時間や加工圧力などの調節によって可変であり、それにより、仕切り部３４ｂの厚み、及び基板素材４０の厚み方向における位置を適宜調節する。
【００３２】
ＦＩＧ．４Ｃに示すように、各仕切り部３４ｂの上面にブラスト用マスク４３を設ける。マスク４３には、孔４４が形成されており、仕切り部３４ｂの上面の中央部の領域を露呈させる。露呈させる領域は、絞り３６の開口３７（図３参照）と同じ径とする。
【００３３】
ＦＩＧ．４Ｄに示すように、基板素材４０の上面側からブラスト加工を施して、露呈した仕切り部３４ｂの中央部の領域を完全に除去し、仕切り部３４ｂの中央部に連通孔３４ｃを形成する。連通孔３４ｃによって一対の凹部３４ａは連通される。一対の凹部３４ａ、及び連通孔３４ｃにより、貫通孔３４が形成され、連通孔３４ｃが形成された仕切り部３４ｂが、絞り３６となる。
【００３４】
以上の例は、基板素材４０にブラスト加工を施して貫通孔３４を形成するものであるが、エッチング加工によっても貫通孔３４を形成することもできる。
【００３５】
絞り３６は基板３０と一体に形成されるが、絞り３６は遮光性であることが求められる。そこで、例えば、シリコン、金属、ＰＡＩなどの樹脂、等の不透明材料を基板３０の材料として用い、又はガラス、アクリルやエポキシやＰＥＳなどの樹脂、等の透明材料であっても黒色に着色したものを基板３０の材料として用いれば、基板３０と一体に形成される絞り３６もまた遮光性とすることができる。また、基板３０の材料が透明材料であるかに依らず、絞り３６の表面に黒色塗料を塗布し、又はクロムでメッキすることによっても絞り３６を遮光性とすることができる。
【００３６】
図５は、図２のレンズアレイの製造に用いる成形型の一例を示す。
【００３７】
図５に示す成形型５０は、樹脂材料を圧縮してレンズ３２に成形するものであり、上型５１と、下型５２とを備えている。
【００３８】
下型５２に対向する上型５１の対向面には、レンズ３２の一方の光学面３３を反転した形状の成形面５３が、レンズアレイ５における複数のレンズ３２と同じ並びで複数設けられている。また、上型５１に対向する下型５２の対向面には、レンズ３２の他方の光学面３３を反転した形状の成形面５４が、レンズアレイ５における複数のレンズ３２と同じ並びで複数設けられている。
【００３９】
上型５１及び下型５２は、それらの間に基板３０を挟み込む。対となる上型５１の成形面５３、及び下型５２の成形面５４、並びに、それらの成形面５３、５４の間に位置する基板３０の貫通孔３４の内面とで、レンズ３２を形成するためのキャビティＣが形成される。
【００４０】
レンズ３２を形成する樹脂材料としては、例えばエネルギー硬化性の樹脂組成物を用いることができる。エネルギー硬化性の樹脂組成物は、熱により硬化する樹脂組成物、あるいは活性エネルギー線の照射（例えば紫外線、電子線照射）により硬化する樹脂組成物のいずれであってもよい。
【００４１】
レンズ３２を形成する樹脂組成物は、モールド形状の転写適性等、成形性の観点から硬化前には適度な流動性を有していることが好ましい。具体的には常温で液体であり、粘度が１０００〜５００００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましい。
【００４２】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物は、硬化後にはリフロー工程を通しても熱変形しない程度の耐熱性を有していることが好ましい。該観点から、硬化物のガラス転移温度は２００℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましく、３００℃以上であることが特に好ましい。樹脂組成物にこのような高い耐熱性を付与するためには、分子レベルで運動性を束縛することが必要であり、有効な手段としては、（１）単位体積あたりの架橋密度を上げる手段、（２）剛直な環構造を有する樹脂を利用する手段（例えばシクロヘキサン、ノルボルナン、テトラシクロドデカン等の脂環構造、ベンゼン、ナフタレン等の芳香環構造、９，９’−ビフェニルフルオレン等のカルド構造、スピロビインダン等のスピロ構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平９−１３７０４３号公報、同１０−６７９７０号公報、特開２００３−５５３１６号公報、同２００７−３３４０１８号公報、同２００７−２３８８８３号公報等に記載の樹脂）、（３）無機微粒子など高Ｔｇの物質を均一に分散させる手段（例えば特開平５−２０９０２７号公報、同１０−２９８２６５号公報等に記載）等が挙げられる。これらの手段は複数併用してもよく、流動性、収縮率、屈折率特性など他の特性を損なわない範囲で調整することが好ましい。
【００４３】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物は、形状転写精度の観点からは硬化反応による体積収縮率が小さい樹脂組成物が好ましい。樹脂組成物の硬化収縮率としては１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、３％以下であることが特に好ましい。硬化収縮率の低い樹脂組成物としては、例えば（１）高分子量の硬化剤（プレポリマ−など）を含む樹脂組成物（例えば特開２００１−１９７４０号公報、同２００４−３０２２９３号公報、同２００７−２１１２４７号公報等に記載、高分子量硬化剤の数平均分子量は２００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、より好ましくは５００〜５０，０００の範囲であり、特に好ましくは１，０００〜２０，０００の場合である。また該硬化剤の数平均分子量／硬化反応性基の数で計算される値が、５０〜１０，０００の範囲にあることが好ましく、１００〜５，０００の範囲にあることがより好ましく、２００〜３，０００の範囲にあることが特に好ましい。）、（２）非反応性物質（有機/無機微粒子，非反応性樹脂等）を含む樹脂組成物（例えば特開平６−２９８８８３号公報、同２００１−２４７７９３号公報、同２００６−２２５４３４号公報等に記載）、（３）低収縮架橋反応性基を含む樹脂組成物（例えば、開環重合性基（例えばエポキシ基（例えば、特開２００４−２１０９３２号公報等に記載）、オキセタニル基（例えば、特開平８−１３４４０５号公報等に記載）、エピスルフィド基（例えば、特開２００２−１０５１１０号公報等に記載）、環状カーボネート基（例えば、特開平７−６２０６５号公報等に記載）等）、エン／チオール硬化基（例えば、特開２００３−２０３３４号公報等に記載）、ヒドロシリル化硬化基（例えば、特開２００５−１５６６６号公報等に記載）等）、（４）剛直骨格樹脂（フルオレン、アダマンタン、イソホロン等）を含む樹脂組成物（例えば、特開平９−１３７０４３号公報等に記載）、（５）重合性基の異なる２種類のモノマーを含み相互貫入網目構造（いわゆるＩＰＮ構造）が形成される樹脂組成物（例えば、特開２００６−１３１８６８号公報等に記載）、（６）膨張性物質を含む樹脂組成物（例えば、特開２００４−２７１９号公報、特開２００８−２３８４１７号公報等に記載）等を挙げることができ、本発明において好適に利用することができる。また上記した複数の硬化収縮低減手段を併用すること（例えば、開環重合性基を含有するプレポリマーと微粒子を含む樹脂組成物など）が物性最適化の観点からは好ましい。
【００４４】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物は、高−低２種類以上のアッベ数の異なる樹脂の混合物が望まれる。高アッベ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が５０以上であることが好ましく、より好ましくは５５以上であり特に好ましくは６０以上である。屈折率（ｎｄ）は１．５２以上であることが好ましく、より好ましくは１．５５以上であり、特に好ましくは１．５７以上である。このような樹脂としては、脂肪族の樹脂が好ましく、特に脂環構造を有する樹脂（例えば、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の環構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平１０−１５２５５１号公報、特開２００２−２１２５００号公報、同２００３−２０３３４号公報、同２００４−２１０９３２号公報、同２００６−１９９７９０号公報、同２００７−２１４４号公報、同２００７−２８４６５０号公報、同２００８−１０５９９９号公報等に記載の樹脂）が好ましい。低アッベ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が３０以下であることが好ましく、より好ましくは２５以下であり特に好ましくは２０以下である。屈折率（ｎｄ）は１．６０以上であることが好ましく、より好ましくは１．６３以上であり、特に好ましくは１．６５以上である。このような樹脂としては芳香族構造を有する樹脂が好ましく、例えば９,９’−ジアリールフルオレン、ナフタレン、ベンゾチアゾール、ベンゾトリアゾール等の構造を含む樹脂（具体的には例えば、特開昭６０−３８４１１号公報、特開平１０−６７９７７号公報、特開２００２−４７３３５号公報、同２００３−２３８８８４号公報、同２００４−８３８５５号公報、同２００５−３２５３３１号公報、同２００７−２３８８８３号公報、国際公開第２００６／０９５６１０号パンフレット、特許第２５３７５４０号公報等に記載の樹脂等）が好ましい。
【００４５】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物には、屈折率を高めたり、アッベ数を調整したりするために、無機微粒子をマトリックス中に分散させることが好ましい。無機微粒子としては、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、硫化亜鉛等の微粒子を挙げることができる。特に上記高アッベ数の樹脂に対しては、酸化ランタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましく、低アッベ数の樹脂に対しては、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましい。無機微粒子は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。また、複数の成分による複合物であってもよい。また、無機微粒子には光触媒活性低減、吸水率低減などの種々の目的から、異種金属をドープしたり、表面層をシリカ、アルミナ等異種金属酸化物で被覆したり、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、有機酸（カルボン酸類、スルホン酸類、リン酸類、ホスホン酸類等）又は有機酸基を持つ分散剤などで表面修飾してもよい。無機微粒子の数平均粒子サイズは通常１ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすればよいが、小さすぎると物質の特性が変化する場合があり、大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となるため、１ｎｍ〜１５ｎｍが好ましく、２ｎｍ〜１０ｎｍが更に好ましく、３ｎｍ〜７ｎｍが特に好ましい。また、無機微粒子の粒子サイズ分布は狭いほど望ましい。このような単分散粒子の定義の仕方はさまざまであるが、例えば、特開２００６−１６０９９２号に記載されるような数値規定範囲が好ましい粒径分布範囲に当てはまる。ここで上述の数平均１次粒子サイズとは、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）装置あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで測定することができる。無機微粒子の屈折率としては、２２℃、５８９ｎｍの波長において、１．９０〜３．００であることが好ましく、１．９０〜２．７０であることが更に好ましく、２．００〜２．７０であることが特に好ましい。無機微粒子の樹脂に対する含有量は、透明性と高屈折率化の観点から、５質量％以上であることが好ましく、１０〜７０質量％が更に好ましく、３０〜６０質量％が特に好ましい。
【００４６】
樹脂組成物に微粒子を均一に分散させるためには、例えばマトリックスを形成する樹脂モノマーとの反応性を有する官能基を含む分散剤（例えば特開２００７−２３８８８４号公報実施例等に記載）、疎水性セグメント及び親水性セグメントで構成されるブロック共重合体（例えば特開２００７−２１１１６４号公報に記載）、あるいは高分子末端又は側鎖に無機微粒子と任意の化学結合を形成しうる官能基を有する樹脂（例えば特開２００７−２３８９２９号公報、特開２００７−２３８９３０号公報等に記載）等を適宜用いて微粒子を分散させることが望ましい。
【００４７】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物には、レンズ３２と基板３０との接合強度を向上させるために、無機材料との接着性を改良するシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤、等の上記のカップリング剤が適宜配合されていてもよい。
【００４８】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物には、シリコーン系、フッ素系、長鎖アルキル基含有化合物等の公知の離型剤やヒンダードフェノール等の酸化防止剤等の添加剤が適宜配合されていてもよい。
【００４９】
また、レンズ３２を形成する樹脂組成物には、必要に応じて硬化触媒又は開始剤を配合することができる。具体的には、例えば特開２００５−９２０９９号公報（段落番号〔００６３〕〜〔００７０〕）等に記載の熱又は活性エネルギー線の作用により硬化反応（ラジカル重合あるいはイオン重合）を促進する化合物を挙げることができる。これらの硬化反応促進剤の添加量は、触媒や開始剤の種類、あるいは硬化反応性部位の違いなどによって異なり一概に規定することはできないが、一般的には硬化反応性樹脂組成物の全固形分に対して０．１〜１５質量％程度が好ましく、０．５〜５質量％程度がより好ましい。
【００５０】
レンズ３２を形成する樹脂組成物は、上記成分を適宜配合して製造することができる。この際、液状の低分子モノマー（反応性希釈剤）等に他の成分を溶解することができる場合には別途溶剤を添加する必要はないが、このケースに当てはまらない場合には溶剤を用いて各構成成分を溶解することにより硬化性樹脂組成物を製造することができる。該硬化性樹脂組成物に使用できる溶剤としては、組成物が沈殿することなく、均一に溶解又は分散されるものであれば特に制限はなく適宜選択することができ、具体的には、例えば、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等）、エステル類（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等）、エーテル類（例えば、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等）アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール等）、芳香族炭化水素類（例えば、トルエン、キシレン等）、水等を挙げることができる。硬化性組成物が溶剤を含む場合には溶剤を乾燥させた後にモールド形状転写操作を行うことが好ましい。
【００５１】
レンズ３２を形成する樹脂材料として上記のエネルギー硬化性の樹脂組成物を用いる場合に、上型５１、及び下型５２の材料は、樹脂組成物に応じて適宜選択される。即ち、樹脂組成物として熱硬化のものを用いた場合には、型の材料は、例えばニッケル等の熱伝導率に優れる金属材料や、ガラス等の赤外線を透過する材料が用いられる。また、樹脂材料として紫外線硬化のものを用いた場合には、型の材料は、例えばガラス等の紫外線を透過する材料が用いられ、また、樹脂材料として電子線硬化のものを用いた場合には、型の材料は、その電子線を透過する材料が用いられる。
【００５２】
図６は、図２のレンズアレイの製造方法の一例を示す。
【００５３】
ＦＩＧ．６Ａに示すように、下型５２に基板３０をセットする。基板３０の貫通孔３４は、下型５２の成形面５４の上に配置される。そして、基板３０の貫通孔３４の内面、及び下型５２の成形面５４で形成される凹部に、レンズ３２を形成するために必要な量の樹脂材料Ｍを供給する。
【００５４】
ＦＩＧ．６Ｂに示すように、上型５１を降下させる。上型５１の降下に伴い、樹脂材料Ｍは、上型５１の成形面５３と下型５２の成形面５４との間で加圧され、成形面５３、５４、及び貫通孔３４の内面に倣って変形される。
【００５５】
ＦＩＧ．６Ｃに示すように、上型５１が降下しきって成形型５０が閉じられた状態で、キャビティは、樹脂材料Ｍによって充填される。この状態で、硬化のためのエネルギーＥを適宜加えて樹脂材料Ｍを硬化させる。それにより、貫通孔３４を埋めてレンズ３２が形成される。
【００５６】
図７は、図２のレンズアレイの変形例を示す。
【００５７】
図７に示すレンズアレイ５において、絞り３６は、基板３０に対して比較的厚く、開口３７を構成する絞り３６の縁部はテーパとなっている。上述の通り、絞り３６の縁部をテーパとして先鋭とすることにより、縁部での反射、それによるフレアやゴーストの発生を抑制することができる。そして、レンズ３２が基板３０と一体の絞り３６を包含することで、基板３０へのレンズ３２の固着が安定するが、絞り３６を比較的厚くして絞り３６の強度を高めることで、基板３０へのレンズ３２の固着を一層安定させることができる。
【００５８】
図８は、図２のレンズアレイの他の変形例を示す。
【００５９】
図８に示すレンズアレイ５において、レンズ３２の光軸方向の一方の端部（図中上側の端部）には、光学面３３の外側に広がるフランジ３８が設けられ、フランジ３８は基板３０の表面に重なっている。フランジ３８が基板３０の表面に重なることで、レンズ３２と基板３０との接触面積が拡大し、両者の接合強度が向上する。それにより、基板３０へのレンズ３２の固着を一層安定させることができる。
【００６０】
なお、図示の例では、レンズ３２の光軸方向の一方の端部にのみフランジ３８が設けられているが、両端部にフランジ３８をそれぞれ設け、基板３０の両側の表面に重ねてもよい。それによれば、一対のフランジ３８で基板３０を挟み持つことができ、基板３０へのレンズ３２の固着を一層安定させることができる。
【００６１】
図９は、レンズアレイの他の例を示す。
【００６２】
図９に示すレンズアレイ１０５は、基板１３０と、複数のレンズ１３２と、を備えている。
【００６３】
基板１３０は、ウエハ状をなし、複数の貫通孔１３４が形成されている。貫通孔１３４には、絞り１３６が設けられている。レンズ１３２は、貫通孔１３４内で樹脂材料を圧縮成形して形成され、貫通孔１３４を埋めて設けられている。
【００６４】
基板１３０は、三枚の基板部材１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを積層して構成されている。基板部材１３０ａには、レンズアレイ１０５における複数のレンズ１３２と同じ配列で、複数の孔１３４ａが形成されている。孔１３４ａは、基板部材１３０ａの表面に平行な断面の形状が、孔１３４ａの深さ方向のいずれの箇所においても略一定の径の円形である円柱状の孔となっている。同様にして基板部材１３０ｂには複数の円柱状の孔１３４ｂが形成され、基板部材１３０ｃには複数の円柱状の孔１３４ｃが形成されている。
【００６５】
基板１３０は、基板部材１３０ａの孔１３４ａ、基板部材１３０ｂの孔１３４ｂ、及び基板部材１３０ｃの孔１３４ｃの位置を合わせて、これらの基板部材１３０ａ、１３０ｂ、及び１３０ｃを積層して構成されている。そして、基板１３０の貫通孔１３４は、基板部材１３０ａの孔１３４ａ、基板部材１３０ｂの孔１３４ｂ、及び基板部材１３０ｃの孔１３４ｃがこの順に連なって構成されている。
【００６６】
図中最上層に位置する基板部材１３０ａの孔１３４ａの径と、図中最下層に位置する基板部材１３０ｃの孔１３４ｃの径は、互いに等しく、基板部材１３０ａと基板部材１３０ｃとの間に挟まれる基板部材１３０ｂの孔１３４ｂの径は、孔１３４ａ、１３４ｃの径より小さくなっている。よって、基板部材１３０ｂの孔１３４ｂの周辺部分が、孔１３４ａ、１３４ｃに露呈し、絞り１３６となる。孔１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃのそれぞれは、円柱状のような単純な形状となっており、その形成は容易である。基板部材１３０ａ、１３０ｂ、及び１３０ｃの材料に、比較的高い靭性を有する金属や樹脂を用いるようにすれば、パンチングによる機械加工によっても形成することができる。
【００６７】
そして、図示の例において、絞り１３６を構成する基板部材１３０ｂを間に挟む基板部材１３０ａ、及び基板部材１３０ｃの厚みは互いに等しく、絞り１３６は、貫通孔１３４の深さ方向の略中央にあたる箇所に配置されている。基板部材１３０ａの厚みＴａ、及び基板部材１３０ｃの厚みＴｃを相補的に増減させることで、基板１３０の厚みは一定として、絞り１３６の位置を容易に変更することができる。
【００６８】
図１０は、図９のレンズアレイの変形例を示す。
【００６９】
図１０に示すレンズアレイ１０５において、基板１３０は、二枚の基板部材１３０ａ、１３０ｂを積層して構成されている。基板部材１３０ａの孔１３４ａは、基板部材１３０ａの表面に平行な断面の形状が、孔１３４ａの深さ方向のいずれの箇所においても略一定の径Ｄの円形である円柱状の孔となっている。一方、基板部材１３０ｂの孔１３４ｂは、その断面の形状が、孔１３４ｂの深さ方向のいずれの箇所においても円形であるが、一方の開口から他方の開口に向けて次第に縮径するテーパ状の孔となっている。孔１３４ｂの両開口のうち小径の開口の径は、孔１３４ａの径より小さく、大径の開口の径は、孔１３４ａの径と等しくなっている。
【００７０】
ＦＩＧ．１０Ａは、孔１３４ｂの両開口のうち小径の開口が並ぶ基板部材１３０ｂの図中上側の表面に基板部材１３０ａを積層した場合を示す。ＦＩＧ．１０Ｂは、孔１３４ｂの両開口のうち大径の開口が並ぶ基板部材１３０ｂの図中下側の表面に基板部材１３０ａを積層した場合を示す。いずれの場合においても、孔の径が最小になっている基板部材１３０ｂの図中上側の面が、絞り１３６となる。
【００７１】
絞り１３６における光線束の遮断又は透過は、その開口１３７の最も小径となる部分で決まり、よって、絞り１３６の位置は、その開口１３７の最も小径となる部分の位置と言える。ＦＩＧ．１０Ａの例は、絞り１３６の位置は、その開口１３７を構成する基板部材１３０ｂの孔１３４ｂの小径の開口の位置であって、貫通孔１３４の深さ方向の略中央にあたる箇所となる。また、ＦＩＧ．１０Ｂは、絞り１３６の位置は、基板１３０の図中上側の表面にあたる箇所となる。絞り１３６の開口１３７を構成する基板部材１３０ｂの孔１３４ｂが、その深さ方向の略中央にあたる箇所を通って基板部材１３０ｂの表面に平行となる断面に関して非対称な形状となっていることで、二枚の基板部材１３０ａ、及び１３０ｂであっても、それらの積層順を変えることで、絞り１３６の位置を変化させることができる。
【００７２】
以上のようにして製造されるレンズアレイ５（１０５）は、その基板３０（１３０）をカッターなどで切断され、個々にレンズ３２（１３２）を含んだ複数のレンズモジュール３（図１参照）に分割される。レンズモジュール３は、上述のとおり、センサモジュール２との組み合わせにおいて撮像ユニット１を構成する。
【００７３】
図１１は、図１の撮像ユニットの製造方法の一例を示す。
【００７４】
ＦＩＧ．１１Ａに示すように、行列状に配列された複数のレンズ３２の行間、列間を延びる切断ラインＬに沿って基板３０を切断する。それにより、レンズアレイ５は、レンズ３２をそれぞれ含む複数のレンズモジュール３に分割される。そして、ＦＩＧ．１１Ｂに示すように、個々のレンズモジュール３を、スペーサ３５を介してセンサモジュール２に積層する。以上により、撮像ユニット１（図１参照）を得る。
【００７５】
図１２は、図１１の撮像ユニットの製造方法の変形例を示す。図１２に示す例では、センサモジュール２には２つのレンズモジュール３が積層される。
【００７６】
ＦＩＧ．１２Ａに示すように、レンズアレイ５におけるレンズ３２と同じ並びで複数のスペーサ３５が配列された相互に連結されたスペーサアレイ９を介して二枚のレンズアレイ５を積層し、レンズアレイ積層体６を構成する。そして、切断ラインＬに沿って積層体６に含む二枚のレンズアレイ５の基板３０、及びスペーサアレイ９を一括して切断する。それにより、ＦＩＧ．１２Ｂに示すように、レンズアレイ積層体６は、各々が二つのレンズモジュール３が積層されてなる複数のレンズモジュール積層体７に分割される。そして、ＦＩＧ．１２Ｃに示すように、個々のレンズモジュール積層体７を、スペーサ３５を介してセンサモジュール２に積層する。以上により、撮像ユニット１を得る。
【００７７】
このように、複数のレンズモジュール３を予め積層したレンズモジュール積層体７をセンサモジュール２に積層するようにすれば、それらのレンズモジュール３をセンサモジュール２に順次積層する場合に比べて、撮像ユニット１の生産性を向上させることができる。
【００７８】
図１３は、図１の撮像ユニットの製造方法の他の例を示す。
【００７９】
図１３に示す例は、レンズアレイ５をセンサアレイ４に積層して複数の撮像ユニット１の集合体である素子アレイ積層体８を構成し、その後に素子アレイ積層体８を複数の撮像ユニット１に分割するようにしたものである。
【００８０】
センサアレイ４は、シリコンなどの半導体材料で形成されたウエハ２０を有しており、ウエハ２０には、レンズアレイ５におけるレンズ３２と同じ並びで、複数の固体撮像素子２２が配列されている。典型的には、ウエハ２０の直径は、６インチ、８インチ、又は１２インチとされ、そこに数千個の固体撮像素子２２が配列される。
【００８１】
スペーサアレイ９を介してレンズアレイ５をセンサアレイ４に積層し、素子アレイ積層体８を構成する。そして、切断ラインＬに沿って素子アレイ積層体８に含むセンサアレイ４のウエハ２０、及びレンズアレイ５の基板３０、並びにスペーサアレイ９を一括して切断する。以上により、素子アレイ積層体８は、レンズ３２及び固体撮像素子２２をそれぞれ含む複数の撮像ユニット１に分割される。
【００８２】
このように、一枚以上のレンズアレイ５をセンサアレイ４に積層し、その後に、センサアレイ４のウエハ２０、及びレンズアレイ５の基板３０を一括して切断して複数の撮像ユニット１に分割するようにすれば、レンズモジュール３又はそれらの積層体７をセンサモジュール２に組み付ける場合に比べて、撮像ユニット１の生産性を一層向上させることができる。
【００８３】
以上説明したように、本明細書には、複数の貫通孔が形成された基板と、前記複数の貫通孔の各々を埋めて前記基板に設けられた複数のレンズと、を備えるレンズアレイであって、前記貫通孔には、当該貫通孔を埋めるレンズの光軸に垂直な一平面において、当該貫通孔の内壁から前記レンズの光軸に向って当該レンズ内に延在し当該光軸を中心とする開口を形成する入射光に対して不透明な突起部が、前記開口以外の部分に入射する光を遮蔽する絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイが開示されている。
【００８４】
また、本明細書には、前記基板が、複数の孔が同じ配列で設けられた複数の基板部材が積層されたものであり、前記複数の基板部材は、そのうちの一部の基板部材に設けられた前記孔の開口面積が他の基板部材に設けられた前記孔の開口面積よりも小さく形成されており、当該複数の基板部材はそれぞれの孔の位置が合うように積層されて前記基板の前記貫通孔が形成されており、前記一部の基板の少なくとも前記貫通孔内を埋めるレンズ内に延在する部分が前記入射光に対して不透明な前記突出部とされており、このように構成することにより、前記一部の基板部材の孔を前記開口とする当該突出部が前記絞りとして設けられていることを特徴とするレンズアレイが開示されている。
【００８５】
また、本明細書には、前記絞りの前記開口側の縁部が先鋭となっていることを特徴とするレンズアレイが開示されている。
【００８６】
また、本明細書には、上記のレンズアレイを少なくとも一つ含む複数のレンズアレイが積層されたレンズアレイ積層体が開示されている。
【００８７】
また、本明細書には、上記のレンズアレイ積層体と、ウエハ上に複数の固体撮像素子が配列されたセンサアレイと、を備え、前記レンズアレイ積層体が前記センサアレイ上に積層された素子アレイ積層体が開示されている。
【００８８】
また、本明細書には、上記のレンズアレイから一つの前記レンズを含んで分割されたレンズモジュールが開示されている。
【００８９】
また、本明細書には、上記のレンズアレイ積層体から、積層方向に並ぶレンズを含んで分割されたレンズモジュール積層体が開示されている。
【００９０】
また、本明細書には、上記の素子アレイ積層体から、積層方向に並ぶ固体撮像素子及びレンズを含んで分割された撮像ユニットが開示されている。
【符号の説明】
【００９１】
１     撮像ユニット
２     センサモジュール
３     レンズモジュール
４     センサアレイ
５     レンズアレイ
６     レンズアレイ積層体
７     レンズモジュール積層体
８     素子アレイ積層体
９     スペーサアレイ
２０   ウエハ
２１   ウエハ片
２２   固体撮像素子
３０   基板
３１   基板片
３２   レンズ
３３   光学面
３４   貫通孔
３４ａ 凹部
３４ｂ 仕切り部
３４ｃ 連通孔
３５   スペーサ
３６   絞り
３７   開口
３８   フランジ
４０   基板素材
４１   ブラスト用マスク
４２   孔
４３   ブラスト用マスク
４４   孔
５０   成形型
５１   上型
５２   下型
５３   成形面
５４   成形面
Ｍ     樹脂材料
【図１】
2011180293.tif 000003
【図２】
2011180293.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011180293.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011180293.tif 000008
【図７】
2011180293.tif 000009
【図８】
2011180293.tif 000010
【図９】
2011180293.tif 000011
【図１０】
2011180293.tif 000012
【図１１】
2011180293.tif 000013
【図１２】
2011180293.tif 000014
【図１３】
2011180293.tif 000015