(57)【要約】【課題】光学デバイス全体の小型化を図れるようにする。【解決手段】光学デバイスは、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する光学素子２と、光学素子２における第１の表面の上方に配置された光学部材３と、光学素子２における第１の表面の上方に配置され、且つ、光学部材２の横側に配置された基板７とを備えている。光学部材３は、第１の表面と対向する第３の表面及び該第３の表面とは反対側の第４の表面を有し、平面視において、第２の表面の全てが第１の表面よりも内側に位置するか又は第４の表面の全てが第３の表面よりも内側に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する光学素子と、
前記光学素子における前記第１の表面の上方に配置された光学部材と、
前記光学素子における前記第１の表面の上方に配置され、且つ、前記光学部材の横側に配置された基板とを備え、
前記光学部材は、前記第１の表面と対向する第３の表面及び該第３の表面とは反対側の第４の表面を有し、
平面視において、前記第２の表面の全てが前記第１の表面よりも内側に位置するか又は前記第４の表面の全てが前記第３の表面よりも内側に位置することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記光学素子における前記第２の表面又は前記光学部材における前記第４の表面のうち、少なくとも一方の面は面取り部を有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
平面視において、前記第２の表面の全てが前記第１の表面よりも内側に位置し、且つ、前記第４の表面の全てが前記第３の表面よりも内側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光学素子、前記光学部材及び前記基板を収容するケースをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記光学素子及び前記光学部材のうち少なくとも一方は、前記ケースの内面と接していることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学素子及び前記光学部材は、共に前記ケースの内面と接していることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記ケースの径は、前記光学部材が配置されている領域よりも前記基板が配置されている領域の方が大きいことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記光学素子における前記第１の表面は、光学領域と周辺回路領域とを有し、
前記光学部材は、前記光学領域と接続され、
前記基板は、前記周辺回路領域と接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記光学素子は、固体撮像素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記基板上に配置された電子部品をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
光学領域が配置された第１の表面と前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する光学素子の第２の表面に対して、面取り加工を施す工程（ａ）と、
前記光学素子における前記第１の表面の上方に光学部材を配置する工程（ｂ）と、
前記光学素子における前記第１の表面の上方で、且つ、前記光学部材の横側に基板を配置する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする光学デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）は、
複数の光学素子を有するウェハに対して、前記第２の表面における前記光学素子同士の間に断面Ｖ字状の溝部を形成する工程（ａ１）と、
前記工程（ａ１）よりも後に、前記ウェハを前記溝部で分割することにより、前記第２の表面が面取り加工された複数の光学素子を形成する工程（ａ２）とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス及びその製造方法に関し、特に、超小型化が求められるビデオスコープ等に用いられる光学デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオスコープ、ムービーカメラ、デジタルスチルカメラ及び携帯電話のカメラ等に用いられる光学デバイスの小型化と高画素化との開発が進められている。
【０００３】
上述の光学デバイスの一例として、ＣＣＤ（電荷結合型撮像素子）等の固体撮像素子を受光デバイスとして用いた固体撮像装置（撮像モジュール）の開発が行われている。固体撮像装置は、小型カメラユニットの先端部に設けられたケースの内部に組み込まれて用いられる。
【０００４】
従来から、特許文献１に示されるような固体撮像装置が知られている。具体的には、図５に示すように、固体撮像装置１００は、チップ部品１０１、フレキシブル基板１０２、固体撮像素子１０３、透明部材１０６（受光面は図５の上側表面）及び外部信号線１０５から構成されている。フレキシブル基板１０２と固体撮像素子１０３とはボンディングパット部１０４を介して電気的に接続されている。透明部材１０６の上側から入射した光は透明部材１０６の直下の固体撮像素子に入射する。固体撮像素子１０３からの情報（信号）はフレキシブル基板１０２を介して、外部信号線へと送られる。
【０００５】
他にも類似の技術として、特許文献２、３に記載された技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２７１６４６号公報
【特許文献２】特開２０００−２１０２５２号公報
【特許文献３】特許第３１８１５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ビデオスコープ等に用いられる小型カメラユニットは、直視不能な狭所への挿入による内部確認等の用途に使用される。そこで、先端部に取り付けられたカメラユニットの鏡筒を細くするために、受光面を縮小することが必要である。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている固体撮像装置を用いたカメラユニットは、受光面側に外部との電気的な接続部を設け、フレキシブル基板等によって受光面から裏面側に配線を引き回す必要がある。このため、固体撮像素子の受光領域よりもカメラユニットの外周径が大きくなるという問題がある。また、フレキシブル基板の折り曲げ等を高精度な寸法で形成する必要があるので、製造が難しくコストが増大するという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、固体撮像装置等の光学デバイスを搭載したカメラユニット等の装置全体の外形を小さくするために、光学デバイス全体を小型化することを目的とする。なお、光学デバイスの例としては、固体撮像装置以外の光ピックアップ等の受光デバイスと、ＬＥＤ素子及び半導体レーザ素子等の発光デバイス並びにミラーデバイス等がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光学デバイスは、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する光学素子と、光学素子における第１の表面の上方に配置された光学部材と、光学素子における第１の表面の上方に配置され、且つ、光学部材の横側に配置された基板とを備え、光学部材は、第１の表面と対向する第３の表面及び該第３の表面とは反対側の第４の表面を有し、平面視において、第２の表面の全てが第１の表面よりも内側に位置するか又は第４の表面の全てが第３の表面よりも内側に位置する。
【００１１】
また、本発明に係る光学デバイスの製造方法は、光学領域が配置された第１の表面と第１の表面とは反対側の第２の表面を有する光学素子の第２の表面に対して、面取り加工を施す工程（ａ）と、光学素子における第１の表面の上方に光学部材を配置する工程（ｂ）と、光学素子における第１の表面の上方で、且つ、光学部材の横側に基板を配置する工程（ｃ）とを備えている。
【００１２】
本発明の光学デバイスの製造方法において、工程（ａ）は、複数の光学素子を有するウェハに対して、第２の表面における光学素子同士の間に断面Ｖ字状の溝部を形成する工程（ａ１）と、工程（ａ１）よりも後に、ウェハを溝部で分割することにより、第２の表面が面取り加工された複数の光学素子を形成する工程（ａ２）とを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光学デバイス及びその製造方法によると、光学デバイスモジュールを全体として小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る光学デバイスを示し、（ａ）は結像光学部品等の光学部材を省略した正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、（ｃ）はケースに収容される光学デバイスの斜視図であり、（ｄ）は結合光学部品と共にケースに収容される光学デバイスの斜視図である。
【図２】（ａ）は参考例に係る光学デバイスを収容するケースと収容される光学素子及び光学部材とを示す正面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る光学デバイスを収容するケースと収容される光学素子及び光学部材とを示す正面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光学デバイスのケースに収容される光学素子及び光学部材の形状の変形例を示す正面図である。
【図４】（ａ１）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る光学デバイスの製造方法を示す図である。
【図５】従来例に係る光学デバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００１６】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は本実施形態に係る光学デバイスである。図１（ａ）は結像光学部品等の光学部材を省略した正面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。図１（ｃ）はケースに収容される光学デバイスの斜視図であり、結像光学部品等の部材を省略している。図１（ｄ）はケースに収容される光学デバイスの斜視図であり、結像光学部品等の部材１０及び光源ケーブル１１が記載されている。
【００１７】
＜基本構成＞
図１（ｂ）に示すように、固体撮像素子等の光学素子２の表面（第１の表面）に光学領域２ａと、駆動回路２ｂ及び複数の電極パッド２ｃを含む周辺回路領域とが形成されている。光学素子２における第１の表面の上方に（光学領域２ａの上方に）光学部材３が配置されている。光学部材３は、プリズム等の光を屈折又は反射させる部材３ａと透明保護材３ｂ等から構成されている。なお、図１（ｄ）に示すように、結像光学部品１０等を部材３ａの受光面（図１（ｂ）における部材３ａの左側）と接続しても構わない。光学素子２における第１の表面の上方（周辺回路領域の上方）で、且つ、光学部材３の横側に基板７が配置されており、光学素子２の電極パッド２ｃと基板７とはバンプ５を介して電気的に接続されている。なお、基板７におけるバンプ５の近傍と光学素子２との空隙に、チップコート等の樹脂材を充填することにより、接続の信頼性を向上している。
【００１８】
以上のような光学デバイスがケース９内に配置されている。
【００１９】
なお、図１（ｂ）において、入射光はケース９の左側から光学部材３の受光面に入射される。
【００２０】
以上のように、光学領域の表面が受光面と略垂直となるように配置されるため、光学デバイス全体の小型化を図ることが可能となる。
【００２１】
ここで、図１（ａ）に示すように、光学部材３における光学素子２と対向する面（下面＝第３の表面）の反対側の面（上面＝第４の表面）と、光学素子２における光学部材と対向する面（上面＝第１の表面）の反対側の面（下面＝第２の表面）のうち少なくとも一方の面は、表面加工がされている。具体的には、第４の表面の符号３ｃに示すような面取り加工と、第２の表面の符号２ｄに示すような面取り加工との少なくとも一方が施されている。
【００２２】
ここで、面取り部を設けることのメリットについて、図２（ａ）〜図２（ｄ）を用いて説明する。図２（ａ）は、参考例として、光学素子２及び光学部材３のいずれにも面取り加工が施されていない場合を示す。この光学デバイスを収容するケース９の内径を長さａとする。図２（ｂ）は、光学部材３における第４の表面に面取り加工が施されている場合を示す。この場合の光学デバイスを収容するのに必要なケース９の長さ（略内径）をｂとする。図２（ｃ）は、光学素子２における第２の表面に面取り加工が施されている場合を示す。この場合の光学デバイスを収容するのに必要なケース９の長さ（略内径）をｃとする。また、図２（ｄ）は、光学部材３の第４の表面及び光学素子２の第２の表面に共に面取り加工が施されている場合を示す。この光学デバイスを収容するのに必要なケースの長さ（略内径）をｄとする。図２（ａ）〜図２（ｄ）から分かるように、長さａは、長さｂと長さｃよりも大きい。また、長さｂと長さｃは長さｄよりも大きい。従って、第４の表面又は第２の表面に面取り加工が施されていることにより、光学デバイスの小型化が可能となる。さらに、第４の表面及び第２の表面に面取り加工が施されていることにより、光学デバイスのさらなる小型化が可能となる。
【００２３】
ここで、面取り部２ｄ、３ｃは、光学素子２と光学部材３とにおいて、光の入射方向に延びるように辺の全体にわたって形成されている。従って、光学素子２に面取り部２ｄが形成されることにより、光学素子２における第２の表面の全てが第１の表面よりも内側に位置するようになる。同様に、光学部材３に面取り部３ｃが形成されることにより、光学部材３における第４の表面の全てが第３の表面よりも内側に位置するようになる。すなわち、光学素子２及び光学部材３のうち少なくとも一方がケース９の内面と接することとなる。なお、光学素子２及び光学部材３がケース９の内面と接しないように配置することも可能である。
【００２４】
また、光学素子２及び光学部材３の大きさがケース９の内径を決定するため、光学部材３が配置されている領域よりも基板が配置されている領域の方がケース９の内径は大きくなる。言い換えれば、受光面側の方がケース９の内径は大きくなる。
【００２５】
また、図１（ａ）においては、光学素子２の第２の表面又は光学部材３の第４の表面に平面形状からなる面取り加工部２ｄ、３ｃを形成しているが、図３（ａ）に示すように、Ｒ部からなる面取り加工部２ｄ、３ｃを形成してもよい。また、図３（ｂ）に示すように、第４の表面の全体がＲ部となるように加工してもよい。
【００２６】
なお、光学素子２と光学部材３とは、透明接着材４により接着されることが好ましい。透明接着材４を用いると、光学デバイスを小型化することができるだけでなく、光学領域２ａを保護する役割も果たす。ここで、透明接着材としては、光学部材３よりも小さい屈折率を持つアクリル系樹脂材、ポリイミド系樹脂材若しくはエポキシ系樹脂材等の紫外線硬化型又は加熱硬化型の樹脂材料を用いることができる。
【００２７】
なお、外部と電気的に接続するケーブル８は配線パターン７ｂを介して基板７の上に配置されていても構わない。ここで、ケーブル８は可撓性を有する導体と絶縁体等から構成される。
【００２８】
なお、光学部材３を構成する部材３ａとしては、例えばテレックス（登録商標）ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス又は石英を用いることができる。
【００２９】
また、部材３ａと透明保護材３ｂとは透明接着材で貼り付けられている。部材３ａに透明保護材３ｂを設けることにより、組立加工時に部材３ａに傷が付くことを防止することができ、信頼性や画像品質が向上する。
【００３０】
また、光学素子２が固体撮像素子である場合には、光学デバイスの前方の被写体像が部材３ａによって光学素子２の光学領域２ａに結像される。光学領域２ａには、その中心領域に受光量を映像信号に変換する撮像領域が形成される。駆動回路２ｂは、撮像領域の映像信号を読み出す機能を有し、電極パッド２ｃは、駆動回路２ｂからの信号を外部に引き出す機能を有する。
【００３１】
なお、基板７には、フレキシブル基板、プリント板又はセラミック基板等が用いられ、多層からなる基板を用いても構わない。
【００３２】
また、電子部品７ａは、光学素子を駆動する駆動回路等の機能を果たす部品である。
【００３３】
＜動作＞
光学素子２が固体撮像素子である場合について、光学デバイスの動作を簡単に説明する。まず、部材３ａの受光面に届く光信号が部材３ａによって全反射されて、光学素子２の光学領域２ａに到達する。次に、光信号は光学領域２ａにおいて映像信号に変換される。次に、変換された映像信号は、電子部品７ａによって読み出される。読み出された映像信号は、ケーブル８を通して外部に引き出される。
【００３４】
＜製造方法＞
以下、光学デバイスの製造方法について図４を参照しながら説明する。
【００３５】
まず、面取り部を有する光学素子の製造方法について説明する。図４（ａ１）はシリコン等からなるウェハの一部分である光学素子の平面図であり、図４（ａ２）は図４（ａ１）のIVa2−IVa2における断面図である。図４（ａ３）は、光学素子が複数形成されたウェハを示している。
【００３６】
まず、図４（ａ１）及び図４（ａ２）に示すように、ウェハに光学領域２ａ、駆動回路２ｂ及び複数の電極パッド２ｃを形成することにより、光学素子２を形成する。これにより、図４（ａ３）に示すように、ウェハに複数の光学素子２が形成される。
【００３７】
次に、図４（ａ４）に示すように、ウェハの第２の表面（光学領域２ａが形成されている第１の表面とは反対側の面）に複数の溝部を形成する。溝部の断面形状はＶ字状であることが好ましいが、ブレードによって所望の角度及び所望の形状に形成することが可能である。この溝部が、それぞれ最終的に面取り部２ｄとなる。なお、ウェハが厚い場合にはウェハの裏面を研磨し、それに続いて溝部を形成すればよい。また、ウェハの第１の表面に粘着テープ等を貼り付けた状態で、第２の表面に溝部を形成することが好ましい。
【００３８】
次に、図４（ａ５）に示すように、ダイシングブレード又はレーザダイシングにより、複数の光学素子２が形成されたウェハを光学素子同士の間で切断する。この際、溝部がウェハの第１の表面にまで到達していないため、面取り部２ｄと面取りされていない部分とが形成される。以上のようにして、第２の表面に面取り部２ｄを有する光学素子２を形成することができる。
【００３９】
次に、面取り部を有する光学部材の製造方法について説明する。図４（ｂ１）、図４（ｂ２）及び図４（ｂ３）に示すように、光学部材３の上部からブレード等を接触させることにより、所望の角度及び所望の形状となるように加工を施す。図４（ｂ１）においては、第４の表面に平面形状からなる面取り加工部３ｃが形成される。また、図４（ｂ２）においては、Ｒ部からなる面取り加工部３ｃが形成される。また、図４（ｂ３）においては、第４の表面全体がＲ部となるように形成される。
【００４０】
次に、図４（ｃ）に示すように、光学素子２における光学領域２ａの上に光学部材３における第３の表面を接触させる。この際、光学領域２ａに透明な接着材を塗布し、その後、光学部材３を光学領域２ａに圧着することが好ましい。光学部材３の受光面から光学素子２の光学領域２ａを観察し、所望の位置にアライメントすることが可能である。
【００４１】
次に、複数の駆動回路等の電子部品７ａ及び配線パターン７ｂ等が実装された基板７を用意する。
【００４２】
次に、光学素子２の後方表面の複数の電極パッド２ｃにそれぞれバンプ５を形成する。バンプ５を形成する１つの手法として、スタッドバンプ形成技術がある。
【００４３】
次に、基板７と光学素子２とをバンプ５を介して接合させる。接合させる方法には、超音波接合技術等がある。
【００４４】
次に、基板７におけるバンプ５の近傍と光学素子２との空隙に、チップコート等の樹脂材を充填することにより、接続の信頼性を向上することができる。
【００４５】
次に、ケーブル８が光学部材３の受光面とは反対側に方向に延びるように配置する。
【００４６】
なお、上記の形成方法はあくまで一例であり、矛盾のない範囲で適宜順序を変更することが可能である。
【００４７】
上記のように形成することにより、基板７を折り曲げる必要がなくなるため、生産効率を高めることが可能である。
【００４８】
なお、ウェハに複数の溝部を形成する工程、及び光学部材を加工する工程において、ケミカルエッチングを用いることも可能である。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態には限定されない。すなわち、上述した実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において又は均等の範囲内において、種々の修正又は変形を加えることが可能である。
【００５０】
なお、本実施形態における光学デバイスの例としては、固体撮像装置以外の光ピックアップ等の受光デバイスと、ＬＥＤ素子及び半導体レーザ素子等の発光デバイス並びにミラーデバイス等がある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る光学デバイス及びその製造方法によると、光学デバイスモジュール全体の小型化をすることができ、特に、超小型化が求められるビデオスコープ等に用いられる小型カメラユニット等に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    光学デバイス
２    光学素子
２ａ  光学領域
２ｂ  駆動回路
２ｃ  電極パッド
２ｄ  面取り部
３    光学部材
３ａ  部材
３ｂ  透明保護材
３ｃ  面取り部
４    透明接着材
５    バンプ
６    樹脂
７    基板
７ａ  電子部品
７ｂ  配線パターン
８    ケーブル
９    ケース
１０  結像光学部品
１１  光源ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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