JP2012185239A - レンズ、レンズアレイ、及びレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】迷光によるゴーストが発生することを抑えることができるレンズ、レンズアレイ、及びレンズの製造方法を提供する。
【解決手段】レンズは、レンズ部と、レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の表面上に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ、レンズアレイ、及びレンズの製造方法に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯端末には、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形成するためのレンズと、を備えている。

撮像ユニットのコストの低下を図るため、撮像ユニットに実装されるレンズを大量に且つ安価に製造できるように、レンズの製造方法を効率化することが望まれている。このようなレンズは、基板部に複数のレンズ部を一体に形成した構成であるレンズアレイを製造し、該基板部を切断して複数のレンズ部をそれぞれ分離させることで、得られ、撮像ユニットに実装される。

基板部に複数のレンズ部を形成したレンズアレイとしては、特許文献１に示すものがある。

特許文献１には、レンズアレイの基板部の表面に遮光層を形成することが記載されている。

特開２００３−１７９７８６号公報

ところで、レンズやレンズアレイに遮光層を形成した構成において、レンズと遮光部との間の界面が平滑であると、レンズの内部において、この界面で光が反射して迷光が生じ、ゴーストが発生しやすくなる。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、迷光によるゴーストが発生することを抑えることができるレンズ、レンズアレイ、及びレンズの製造方法を提供する。

（１）レンズ部と、
該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、
前記フランジ部の表面上に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズ。
（２）レンズ部と、該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、を備えるレンズの製造方法であって、
成形型を用いて、複数の前記レンズ部と前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを含むレンズアレイを成形し、
前記基板部を切断して、前記複数のレンズ部を個別に分離し、
分離された前記レンズ部に付属するフランジ部の表面上に、光透過性の材料を塗布し、凹凸面を有する反射抑制層を形成し、
前記反射抑制層上に遮光性の材料を用いて遮光層を形成するレンズの製造方法。
（３）複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを有するレンズアレイであって、
前記基板部の面に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズアレイ。

本発明によれば、迷光によるゴーストが発生することを抑えることができるレンズ、レンズアレイ、及びレンズの製造方法を提供できる。

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断面図である。 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である。 図２のレンズアレイのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 レンズアレイを示す断面図である。 レンズの製造方法の手順を示す模式的な断面図である。 図５の成形工程によって得られたレンズ成形体を示す断面図である。

図１に示す撮像ユニット１は、センサモジュール２と、レンズモジュール３と、を備えている。

センサモジュール２は、固体撮像素子４と、センサ基板部５とを備えている。センサ基板部５は、例えばシリコンなどの半導体材料で形成されている。固体撮像素子４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、センサ基板部５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、センサ基板部５上に受光領域、絶縁膜、電極、配線、等を形成して構成されている。

レンズモジュール３は、レンズ部６と、フランジ部７とを有するレンズを備えている。レンズ部６は、その表裏に所定のレンズ面６ａ、６ｂを有している。両レンズ面６ａ、６ｂは、図示の例ではいずれも凸形状の球面とされているが、用途に応じて、凸形状の球面、凹形状の球面、非球面、又は平面の種々の組み合わせを採り得る。フランジ部７は、レンズ部６の外周から鍔状に張り出して、レンズ部６の外周を取り囲んでいる。レンズ部６、及びフランジ部７は、透光性の材料で一体に形成されている。

レンズモジュール３は、そのフランジ部７と基板部５との間にスペーサ９を介してセンサモジュール２に積層され、センサモジュール２に組み付けられている。スペーサ９は、レンズモジュール３のレンズ部６がセンサモジュール２の固体撮像素子４の受光面に結像するように、センサモジュール２のセンサ基板部５とレンズモジュール３のフランジ部７との間に所定の距離を置く厚みとなっている。スペーサ９と両モジュール２、３とは、例えば接着剤などを用いて接合される。

スペーサ９は、センサモジュール２のセンサ基板部５とレンズモジュール３のフランジ部７との間に所定の距離を置くことができる限り、その形状は特に限定されないが、固体撮像素子４の周囲を取り囲んで両モジュール２、３の間を外より隔絶する枠状の部材であることが好ましい。これによれば、両モジュール２、３の間から塵等の異物が入り、それが固体撮像素子４の受光面に付着することを防止することができる。さらに、スペーサ９を遮光性の材料で形成すれば、両モジュール２、３の間から固体撮像素子４に入射する不要な光を遮ることができる。

なお、図示の例では、センサモジュール２に組み付けられるレンズモジュール３が１つとなっているが、複数のレンズモジュール３が組み付けられる場合もある。その場合に、複数のレンズモジュール３は、スペーサ９と同等のスペーサを介して順次積層され、センサモジュール２に組み付けられる。また、それらのレンズ部６のレンズ面６ａ、６ｂは、レンズモジュール３毎に異なっていてもよい。

レンズは、フランジ部７の表面上に、反射抑制層８ａと遮光層８ｂとが、この順に積層されて形成されている。

反射抑制層８ａは、光透過性の材料で形成される。反射抑制層８ａは、遮光層８ｂとの境界に位置する内部表面が凹凸面を有する。反射抑制層８ａの材料は、レンズを構成する材料と同等の屈折率を有するものを用いる。

遮光層８ｂは、反射抑制層８ａ上に積層され、遮光性の材料によって形成される。

反射抑制層８ａ及び遮光層８ｂの形成方法については、後述する。

以上のように構成された撮像ユニット１は、例えば携帯端末等の回路基板にリフロー実装される。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ており、そこに撮像ユニット１が載置される。そして、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る。それにより半田が溶け、撮像ユニット１は回路基板に実装される。

上述のレンズモジュール３は、複数のレンズ部６が１次元又は２次元に配列されたレンズアレイを、個々にレンズ部６を含むように分断し、反射抑制層８ａと、遮光層８ｂを形成することで得られる。また、上述のセンサモジュール２も同様に、複数の固体撮像素子が１次元又は２次元に配列されたセンサアレイを、個々に固体撮像素子を含むように分断して得られる。以下に、レンズモジュール３を作成するために用いられるレンズアレイについて説明する。

図２は、レンズアレイを示す平面図である。図３は、図２のレンズアレイのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図２及び図３に示すレンズアレイ１０は、複数のレンズ部６と、これらのレンズ部６を一体に繋ぐ基板部１１とを備えている。このレンズアレイ１０は、全体として所定のサイズのウエハ状をなし、そこに複数のレンズ部６が配列され、図示の例では、複数のレンズ部６は２次元に配列されている。レンズアレイ１０は、ウエハレベルレンズアレイとも称される。これらのレンズ部６、及び基板部１１は、透光性の材料で一体に形成されている。

レンズアレイ１０の隣り合うレンズ部６の間で基板部１１を切断し、切断された個々のレンズ部６に付属する基板部１１が、フランジ部７となる。そして、フランジ部７の表面及び切断面に反射抑制層８ａ及び遮光層８ｂを形成することで、レンズモジュール３のレンズが得られる。レンズの製造方法については後述する。

図４は、レンズアレイ１０を切断しないで、基板部１１の表面に反射抑制層８ａ、遮光層８ｂを形成した構成を示している。
図４に示すレンズアレイ１０は、基板部１１の上面に反射抑制層８ａ、遮光層８ｂがこの順に積層されて形成されている。また、レンズアレイ１０の外周面（外周縁の基板部１１の端面）にも、反射抑制層８ａと、遮光層８ｂとがこの順に積層されている。なお、図示しないが、基板部１１の下面に反射抑制層８ａ、遮光層８ｂがこの順に積層されて形成されていてもよい。

次に、レンズモジュール３のレンズの製造方法の一例を説明する。図５Ａから図５Ｃは、レンズの製造方法の手順を示す模式的な断面図である。

先ず、図５Ａに基づいて、レンズの製造に用いる成形型の構成を説明する。成形型は、上下一対の型２０，３０を備える。型２０は転写面２１を有し、型３０は転写面３１を有する。型２０の転写面２１がレンズアレイ１０の一方の面の形状を成形し、型３０の転写面３１が、レンズアレイ１０の他方の面の形状を成形する。

転写面２１には、レンズアレイ１０のレンズ部６の配列に対応してレンズ成形面２２が２次元に配列されている。レンズ成形面２２は、凸形状の球面であるレンズ面６ａに対応して凹形状の球面に形成されている。

転写面３１には、レンズアレイ１０のレンズ部６の配列に対応してレンズ成形面３２が２次元に配列されている。レンズ成形面３２は、凸形状の球面であるレンズ面６ａに対応して凹形状の球面に形成されている。

次に、製造方法の手順を説明する。
図５Ａに示すように、一対の型２０と型３０の間に樹脂Ｍを供給し、転写面２１と転写面３１とで樹脂Ｍを挟み込み、該材料Ｍに転写面２１及び転写面３１の形状を転写する。そして、樹脂Ｍを硬化させる。樹脂Ｍが硬化した後、複数のレンズ部６同士を一体に繋ぐ基板部１１とからなるレンズ成形体を、型２０，３０から離型させる。こうして、図５Ｂに示すようにレンズアレイ１０を得ることができる。

樹脂Ｍの材料は、光透過性を有するエネルギー硬化性の樹脂組成物が用いられる。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。

図５Ｃに示すように、レンズアレイ１０の基板部７を、ダイシングブレード４０によって切断し、個別のレンズ部６ごとに分離する。分離されたレンズ部６には、切断された基板部１１の一部が付属する。レンズ部６に付属する基板部１１がフランジ部７となる。こうして、レンズ部６と、レンズ部６の外周を取り囲んで一体に形成されたフランジ部７と、を備えるレンズを得られる。レンズのフランジ部７は、ダイシングブレード４０による切断で形成された平坦な切断面を有する。

その後、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、レンズのフランジ部７表面に、反射抑制層８ａと、遮光層８ｂとを順次に形成する。反射抑制層８ａ及び遮光層８ｂは、レンズのフランジ部７表面だけでなく、レンズの切断面にも形成される。

図６Ａは、レンズのフランジ部７の表面に反射抑制層８ａが形成された状態を示す模式的な断面図である。

反射抑制層８ａは、フランジ部７の表面上に、後述する塗布方式によって塗布された光透過性の材料によって形成される。また、反射抑制層８ａは、レンズ部６及びフランジ部７の内部の光を散乱させるための凹凸面を有する。

反射抑制層８ａの凹凸面は、表面粗さ０．１μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上がより好ましく、０．３μｍ以上が最も好ましい。

反射抑制層８ａの材料を塗布するための塗布方式としては、インクジェット印刷、ディップコート、スプレーコートのいずれかが用いられる。

インクジェット印刷を用いた塗布では、描画ピッチと、反射抑制層８ａの材料とレンズの材料の相性を調整し、所望の凹凸パターンとなるように、反射抑制層８ａの材料を塗布する。

スプレーコートを用いた塗布では、スプレーのノズル径やノズルとレンズの塗布面との距離を調整し、所望の粒径の凹凸パターンとなるように制御する。

反射抑制層８ａの材料を塗布するための塗布方式としては、スプレー塗布が最も好ましい。理由として、スプレー塗布により形成された凹凸面は、そのノズルの調整や液粘度の調整によって凹凸サイズが調整可能であるためである。スプレー塗布により形成された凹凸面における凹凸サイズにはある程度のむらがある。このむらがない状態（たとえば凹凸形状が一定サイズで一定ピッチで存在している状態）では、光の干渉により強められた光がゴーストとなってしまう可能性がある。
また、インクジェットによる塗布では、その表面張力や粘度によって凹凸形状を作ることができる塗布条件・環境が制限されるため、そもそも作ることができない場合がある。一方、スプレー塗布では液物性の影響をあまり受けずに安定した凹凸形状を形成することが可能である。
さらに、スプレー塗布であれば、レンズの凹凸が大きい場合や、レンズユニットの端部に塗布する場合に、凹凸追従性が高く安定した凹凸形状を形成することが可能である。

または、反射抑制層８ａの材料を塗布し、塗布液の硬化速度を制御することで塗布液表面にシワ（エチキレーション）を発生させ、このシワによって凹凸面を形成してもよい。一例としては、紫外線硬化性樹脂をディップコートやスプレーコートで塗布し、塗布膜の表層側だけ硬化するように紫外線照射量を調整して樹脂を硬化させ、加熱することで表面に微細なシワを発生させて凹凸を形成する。

または、塗布する反射抑制層８ａの材料に光散乱性の微粒子（この場合、屈折率はレンズを構成する樹脂と同等でなくてもよい。）を混入することで、塗布膜の表層側に凹凸を形成する。

図６Ｂは、レンズのフランジ部７の反射抑制層８ａ上に、遮光層８ｂが形成された状態を示す模式的な断面図である。

遮光層８ｂは、遮光性を有する有機材料を塗布することで形成される。このとき、遮光層８ｂの材料の塗布方式は、上述した反射抑制層８ａの材料の塗布方式と同じものを採用することができる。

遮光層８ｂは、反射抑制層８ａ上に有機材料や無機材料からなる遮光材料を蒸着することで形成してもよい。

こうして得られるレンズは、遮光層８ｂによって外部からフランジ部７に光が入射することを防止でき、レンズ内部の光を反射抑制層８ａで散乱させることで、迷光によるゴーストの発生を抑えることができる。
また、複数のレンズ部を重ねたときの各レンズや、センサ側のレンズにおいて、レンズ外部からの光を遮光するだけでなく散乱させ、レンズ外面での正反射によるゴースト発生を抑えることができる。

基板部１１の表面に光散乱性を付与するため、基板部１１の表面に型の転写によって粗面を形成する方法も考えられるが、こうすると、基部の表面と型の転写面との間において離型性が低下し、離型不良によって線膨張さが生じ、レンズ成形体に割れなどの欠陥や内部応力の残留が生じてしまう。本発明では、反射抑制層８ａは、レンズアレイ１０を成形した後で形成されるため、レンズアレイ１０の成形には、基板部１１の表面の平滑性を確保することができ、離型性が低下することを回避できる。

本明細書は以下の内容を開示する。
（１）レンズ部と、
該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、
前記フランジ部の表面上に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズ。
（２）（１）に記載のレンズであって、
前記フランジ部が切断によって形成された面を有し、前記面に前記反射抑制層と前記遮光層が形成されたレンズ。
（３）レンズ部と、該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、を備えるレンズの製造方法であって、
成形型を用いて、複数の前記レンズ部と前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを含むレンズアレイを成形し、
前記基板部を切断して、前記複数のレンズ部を個別に分離し、
分離された前記レンズ部に付属するフランジ部の表面上に、光透過性の材料を塗布し、凹凸面を有する反射抑制層を形成し、
前記反射抑制層上に遮光性の材料を用いて遮光層を形成するレンズの製造方法。
（４）（３）に記載のレンズの製造方法であって、
前記反射抑制層と前記遮光層は、分離された前記レンズ部に付属するフランジ部の切断面にも形成されるレンズの製造方法。
（５）（３）又は（４）に記載のレンズの製造方法であって、
前記反射抑制層の塗布方式は、インクジェット印刷、ディップコート、スプレーコートのいずれかが用いられるレンズの製造方法。
（６）（５）に記載のレンズの製造方法であって、
前記遮光層は、前記反射抑制層と同じ塗布方式を用いて形成されるレンズの製造方法。
（７）（５）に記載のレンズの製造方法であって、
前記遮光層は、蒸着によって形成されるレンズの製造方法。
（８）複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを有するレンズアレイであって、
前記基板部の面に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズアレイ。

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
６ レンズ部
７ フランジ部
８ａ 反射抑制層
８ｂ 遮光層
１０ レンズアレイ
１１ 基板部
２０，３０ 成形型

Claims (8)

1. レンズ部と、
   該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、
   前記フランジ部の表面上に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
   前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズ。
2. 請求項１に記載のレンズであって、
   前記フランジ部が切断によって形成された面を有し、前記面に前記反射抑制層と前記遮光層が形成されたレンズ。
3. レンズ部と、該レンズ部の外周を取り囲んで、一体に形成されたフランジ部と、を備えるレンズの製造方法であって、
   成形型を用いて、複数の前記レンズ部と前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを含むレンズアレイを成形し、
   前記基板部を切断して、前記複数のレンズ部を個別に分離し、
   分離された前記レンズ部に付属するフランジ部の表面上に、光透過性の材料を塗布し、凹凸面を有する反射抑制層を形成し、
   前記反射抑制層上に遮光性の材料を用いて遮光層を形成するレンズの製造方法。
4. 請求項３に記載のレンズの製造方法であって、
   前記反射抑制層と前記遮光層は、分離された前記レンズ部に付属するフランジ部の切断面にも形成されるレンズの製造方法。
5. 請求項３又は４に記載のレンズの製造方法であって、
   前記反射抑制層の塗布方式は、インクジェット印刷、ディップコート、スプレーコートのいずれかが用いられるレンズの製造方法。
6. 請求項５に記載のレンズの製造方法であって、
   前記遮光層は、前記反射抑制層と同じ塗布方式を用いて形成されるレンズの製造方法。
7. 請求項５に記載のレンズの製造方法であって、
   前記遮光層は、蒸着によって形成されるレンズの製造方法。
8. 複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部同士を一体に繋ぐ基板部とを有するレンズアレイであって、
   前記基板部の面に光透過性の材料で形成され、凹凸面を有する反射抑制層と、
   前記反射抑制層上に、遮光性の材料で形成された遮光層と、を有するレンズアレイ。

Images