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JP6507098B2 - 焦点距離調節を含む光学モジュール、および光学モジュールの作製 - Google Patents

焦点距離調節を含む光学モジュール、および光学モジュールの作製 Download PDF

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Description

開示の分野
この開示は、カメラおよび他の装置用の光学モジュールに関する。それはまた、ウェーハスケールの製造ステップを使用してそのようなモジュールを製造する方法に関する。
背景
装置、特に光学装置の製造時、たとえば、プロセスステップのうちの１つ以上における多かれ少なかれ避けられない変動または不正確性のために、製造むらまたは製造ずれが起こり得る。たとえば、光学装置が１つ以上のレンズ素子を含む場合、（光学部品ウェーハと呼ばれる）ウェーハ上の多くのそのようなレンズ素子は典型的には、同じ公称焦点距離を有するにもかかわらず、若干変動する焦点距離を有するであろう。場合によっては、焦点距離はフランジ焦点距離（flange focal length：ＦＦＬ）に対応するかもしれず、それは、装置の最終物理面（すなわち、センサーに最も近い装置の物理面）と装置のレンズ系の焦点面との間の距離を指す。より一般的には、焦点距離は、あらゆる焦点距離パラメータ（たとえば、有効焦点距離（effective focal length：ＥＦＬ））を指していてもよい。いずれにせよ、焦点距離の変動は、レンズ系の焦点面が画像センサー平面から離れて位置することをもたらすおそれがあり、それは、画質の劣化につながるおそれがある。
概要
この開示は、光学装置、および光学装置を作製する方法を説明する。レンズ系の焦点距離の変動を補正するように、レンズ系に焦点距離調節を提供するために、さまざまなアプローチが説明される。
たとえば、一局面では、光学装置を作製する方法は、単体化される（singulated）複数のレンズ系を基板の上に搭載するステップと、レンズ系にそれぞれの焦点距離補正を提供するために、レンズ系のうちの少なくともいくつかの下で基板の厚さを調節するステップと、次に、基板を複数の光学モジュールへと分離するステップとを含み、複数の光学モジュールは各々、基板の一部の上に搭載されたレンズ系のうちの１つを含む。いくつかの実現化例では、基板の厚さを調節するステップは、レンズ系の焦点距離の変動を補正するように、レンズ系のうちの少なくともいくつかの下にそれぞれの穴を形成するために、微細機械加工するステップを含んでいてもよい。いくつかの実現化例では、基板の厚さを調節するステップは、レンズ系の焦点距離の変動を補正するように、レンズ系のうちの少なくともいくつかの下に１つ以上の層を追加するステップを含んでいてもよい。
別の局面では、光学装置を作製する方法は、複数の個々のレンズスタックを基板上に配置するステップと、レンズスタックについて焦点距離を調節するために、レンズスタックのうちの１つ以上の下の場所で基板を微細機械加工するステップと、次に、基板を複数の光学モジュールへとダイシングするステップとを含み、複数の光学モジュールは各々、レンズスタックのうちの１つ以上を、基板のそれぞれの部分上に含む。
説明される作製手法は、いくつかの実現化例において有利であり得る。なぜなら、それらは、個々のレンズ系が検査されてから、フランジ焦点距離（ＦＦＬ）補正基板上に搭載されるようにするためである。そのような検査は、特定された要件を満たす（たとえば、光学検査または他の検査に合格した）レンズスタックのみが、次の作製ステップでの使用のために選択され、ＦＦＬ補正基板上に搭載されることを可能にする。
さらに別の局面によれば、光学装置を作製する方法は、予め定められた波長または波長範囲の光を実質的に通す材料で構成された基板の第１の側（すなわち、レンズスタック側）に、複数のレンズ系を取付けるステップと、基板の第２の側（すなわち、センサー側）に、チャネルＦＦＬ補正層を設けるステップと、レンズ系のうちの少なくともいくつかについてそれぞれの焦点距離変動を調節するように、チャネルＦＦＬ補正層の選択された部分を除去するステップとを含む。いくつかの実現化例では、それぞれの焦点距離変動を調節するようにチャネルＦＦＬ補正層の選択された部分を除去する代わりに、１つ以上のチャネルＦＦＬ補正層が、必要な場合、焦点距離変動を補正するために設けられる。
さらに別の局面によれば、機器は、基板の区域によって変わる厚さを有する基板と、基板の上に搭載された、単体化される複数の光学系とを含み、光学系はそれぞれ、光学系のうちの少なくともいくつかに焦点距離補正を提供するように、基板の異なる区域の上に配置されている。基板の異なる区域の厚さは、たとえば、レンズ系の焦点距離の変動を補正するように提供され得る。
別の局面では、光学モジュールは、特定の波長または波長範囲の光を通す材料で構成された基板と、基板の第１の側に取付けられた複数のレンズ系とを含み、各レンズ系はそれぞれの光軸を有し、光軸は基板と交差し、モジュールにおけるそれぞれの光学チャネルに対応している。モジュールは、基板の異なる領域の上に配置された複数のカラーフィルター層を含み、各レンズ系の光軸は、カラーフィルター層のそれぞれと交差している。スペーサが、基板上で、カラーフィルター層のそれぞれの対の間に配置されており、特定の波長または波長範囲の光を実質的に通さない。不透明の（たとえば黒の）コーティングを、基板の底面上に設けることも可能である。モジュールは、チャネルＦＦＬ補正層を含み、レンズ系のうちの少なくとも１つのレンズ系の光軸は、チャネルＦＦＬ補正層と交差している。モジュールＦＦＬ補正層を設けることも可能である。画像センサーが、基板の第２の側に取付けられている。
単体チャネルモジュールだけでなく、複数の光学チャネルを含むモジュールが説明される。場合によっては、マルチチャネルモジュールの個々のチャネルにＦＦＬ補正を提供するために、ＦＦＬ補正基板の厚さを必要に応じて調節してもよく、モジュール全体にＦＦＬ補正を提供するために、スペーサを設けてもよい。モジュールが単一の光学チャネルのみを含む状況では、スペーサを設けてもよく、それらの高さを、光学チャネルに所望のＦＦＬ補正を提供するように調節してもよい。
場合によっては、単体化されるレンズ系をＦＦＬ補正基板上に搭載する代わりに、複数のレンズスタックを含む光学部品／スペーサスタックが、ＦＦＬ補正基板に取付られる。
他の局面、特徴および利点は、以下の詳細な説明、添付図面、および請求項から明らかとなるであろう。
この発明に従った方法のフローチャートである。 第１の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第１の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第１の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第１の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第１の作製プロセスから生じる光学モジュールの一例である。 第２の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第２の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 第２の作製プロセスに従ったステップを示す図である。 ＦＦＬ補正層上のレンズスタックアレイの例を示す図である。 ＦＦＬ補正層上のレンズスタックアレイの例を示す図である。 複数のＦＦＬ補正層を含むＦＦＬ補正基板の例を示す図である。 複数のＦＦＬ補正層を含むＦＦＬ補正基板の例を示す図である。 ＦＦＬ多層基板上のレンズスタックアレイの例を示す図である。 ＦＦＬ多層基板上のレンズスタックアレイの例を示す図である。 追加の構成を有するＦＦＬ補正基板の例を示す図である。 追加の構成を有するＦＦＬ補正基板の例を示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す図である。 ＦＦＬ補正構造を有するレンズスタックのアレイを含むモジュールの他の例を示す図である。 ＦＦＬ補正構造を有するレンズスタックのアレイを含むモジュールの他の例を示す図である。 ＦＦＬ補正構造を有するレンズスタックのアレイを含むモジュールの他の例を示す図である。 この発明に従った単体チャネルモジュールの一例を示す図である。 単体チャネルモジュールを作製するためのウェーハレベル手法を示す図である。 複数のレンズスタックを含む光学部品／スペーサスタックを形成するためのウェーハレベル手法を示す図である。 複数のレンズスタックを含む光学部品／スペーサスタックを形成するためのウェーハレベル手法を示す図である。 複数のレンズスタックを含む光学部品／スペーサスタックを形成するためのウェーハレベル手法を示す図である。 複数のレンズスタックを含む光学部品／スペーサスタックを形成するためのウェーハレベル手法を示す図である。
詳細な説明
図１によって示すように、複数の光学モジュールを作製する方法は、ウェーハレベルでさまざまなステップを行なうことを含んでいてもよく、各装置において光学素子の焦点距離変動を補正し、または他のやり方で調節するための特徴を取り入れている。この文脈では、ウェーハは、たとえば、ポリマー材料（たとえば、熱またはＵＶ硬化性ポリマーといった硬化可能材料）、ガラス材料、半導体材料、もしくは、金属およびポリマーを含む、またはポリマーおよびガラス材料を含む複合材料で構成されてもよい。一般に、ウェーハとは、実質的に円盤またはプレート状に形づくられたアイテムを指し、１方向（ｚ方向、すなわち垂直方向）におけるその寸法は、他の２方向（ｘ方向およびｙ方向、すなわち横方向）におけるその延長に対して小さくなっている。複数の同様の構造またはアイテムが、（非ブランク）ウェーハの上または中に、たとえば矩形の格子上に配置され、または設けられてもよい。ウェーハは開口部（すなわち孔）を有していてもよく、ウェーハはさらに、その横方向区域の主要部分に材料がなくてもよい。
図１によって示すように、たとえば、ウェーハレベルプロセスの一環として、複数のレンズスタックが作製され得る（ブロック２０）。レンズスタックは、ダイシングまたは他の手法を使用して、個々のレンズスタックへと互いに分離される（ブロック２２）。次に、個々のレンズスタックの一部またはすべてがＦＦＬ補正基板上に搭載され（たとえば、取付けられ）（ブロック２４）、それは、以下に説明されるように、１つ以上のＦＦＬ補正層を含んでいてもよい。レンズスタックは、たとえば、接着剤またはエポキシ樹脂といった結合材を使用して、ＦＦＬ補正基板上に搭載されてもよい。焦点距離変動補正または調節の一環として、各レンズスタックの焦点距離が個々に測定可能である。レンズスタックの焦点距離変動は、たとえば、ＦＦＬ補正基板を微細機械加工することによって、調節または補正される（ブロック２６）。微細機械加工するステップは、たとえば、ミリング、穿孔、レーザーアブレーション、エッチング、および／またはフォトリソグラフィ、ならびに他の手法を含んでいてもよい。次に、、個々のレンズスタックは、ダイシングまたは何らかの他のプロセスによって分離され得る（ブロック２８）。
前述のステップのうちのいくつかはウェーハレベルで行なわれるが、ＦＦＬ補正基板上に個々のレンズスタックを搭載するステップ（すなわちブロック２４）は好ましくは、ＦＦＬ補正基板上に個々の（すなわち、単体化される）レンズスタックを配置することによって行なわれる。そのような方法は有利であり得る。なぜなら、それは、個々のレンズスタックが検査されてから、ＦＦＬ補正基板上に搭載されるようにするためである。そのような検査は、特定された要件を満たす（たとえば、光学検査または他の検査に合格した）レンズスタックのみが、次の作製ステップでの使用のために選択され、ＦＦＬ補正基板上に搭載されることを可能にする。にもかかわらず、１つ、２つ、または３つ以上のレンズスタックが、ＦＦＬ補正基板上に同時に配置されてもよい。
図２〜５は、複数の光学モジュールを作製するための方法の一例を示す。図２に示すように、ウェーハスタックを形成するように複数のウェーハを取付けることによって複数のレンズスタック４０を形成するために、ウェーハレベルプロセスが使用される。この例では、各レンズスタック４０は、垂直に上下に配置された、プラスティックレンズ４２Ａ〜４２Ｃおよび４４Ａ〜４４Ｃなどの受動光学部品の対を含む。スペーサウェーハ４８Ａ、４８Ｂによって互いに取付けられ得る光学部品ウェーハ４６Ａ、４６Ｂのそれぞれの表面上にレンズを形成するために、複製または他の手法が使用可能である。レンズは、たとえば、屈折により、および／または回折により、光を方向転換することができる。このため、レンズは、略凸形状であってもよく、もしくは、異なる形状、たとえば略凹形状または一部凹形状であってもよい。レンズ４２Ａ〜４２Ｃおよび４４Ａ〜４４Ｃの各々は、公称焦点距離を有し得る。たとえば、レンズ４２Ａ〜４２Ｃは同じ第１の公称焦点距離を有し、レンズ４４Ａ〜４４Ｃは同じ第２の公称焦点距離を有し得るため、各レンズスタックの全体的な焦点距離はほぼ同じである。しかしながら、実際の用途では、レンズの焦点距離は、（たとえば、製造限界の結果）それらのそれぞれの公称焦点距離からずれている場合がある。
図示された例では、バッフル５０が、各レンズスタック４０の上部の開口部の周囲に設けられている。バッフル５０は、望ましくない光が特定の角度でレンズスタック４０に入射すること、またはレンズスタック４０から出射することを防止できる。バッフル５０は、たとえば、特定の波長の、またはある波長範囲内の光を実質的に減衰させ、または遮断する材料で構成されてもよい。
図２のウェーハスタックは次に、個々のレンズスタック４０へとダイシングされ、その一例を図３に示す。個々のレンズスタック４０は次に、検査されてもよく、あらゆる検査要件または他の仕様を満たすレンズスタックは、図４に示すようにＦＦＬ補正基板５２上に搭載される。光学チャネル用の光軸を、点線４１によって示す。ＦＦＬ補正基板５２は、たとえば、特定された特性（たとえば、特定の波長の、または特定の波長範囲内の光を、ほとんどまたはまったく減衰させることなく通過させる特性）を有する透明材料（たとえばガラス）で構成されてもよい。
ＦＦＬ補正基板５２上に搭載された各レンズスタック４０の焦点距離が測定され、センサーの画像平面に関するオフセットが判断される。結果として生じる測定値に基づいて、ＦＦＬ補正基板５２は（必要であれば）、各レンズスタック４０について焦点距離変動を補正するために、微細機械加工される。微細機械加工は、特定のレンズスタック４０の下で、ＦＦＬ補正基板５２のセンサー側に穴または他の開口部５４を形成することを含み得る。穴５４の深さは変わるかもしれず、場合によっては（たとえば、焦点距離の補正または調節が必要でない場合）、レンズスタック４０の１つ以上については穴が必要ないかもしれない。穴は空気空間を提供し、それらは、レンズスタックについてのそれぞれの焦点距離変動の調節をもたらす。基板５２の材料の屈折率は、穴５４における真空または空気の屈折率とは異なる（たとえば、真空または空気の屈折率よりも大きい）。このため、関連する光学部品の焦点距離の、それぞれの公称焦点距離からのずれに依存して、各穴５４の深さを調節することにより、ずれは、少なくともある程度補償され得る。穴の深さは、たとえば、すべてのレンズスタックの、結果として生じる焦点距離が、実質的に互いに同じであるように、選択され得る。また、これに代えて、ＦＦＬ補正層はフォトリソグラフィー手法によって調節可能であり、それは、ＦＦＬ補正層のいくつかの層が使用される場合（図２６および図２７参照）に特に役立ち得る。これは、たとえば、レンズのアレイを含む光学装置の作製にとって特に有用であり得る。
ＦＦＬ補正基板５２上にレンズスタック４０を搭載した後、隣り合うレンズスタック間の隙間を不透明材料５６（たとえば、ブラックエポキシ）で充填（または部分的に充填）することが可能であり、そのため、各レンズスタックは、その後の使用時に迷光がレンズスタックに入射することを防止するのに役立つ不透明な壁によって包囲される。ＦＦＬ補正基板５２は（および、存在するなら不透明材料５６も）次に、ＦＦＬ補正を有するレンズスタック４０を各々含む個々の光学モジュールを形成するために、ダイシングされ、または他のやり方で分離される。そのような光学モジュール６０の一例を、図６に示す。
図２〜６の例では、各レンズスタック４０は、互いに垂直に整列されたレンズのアレイを含む。他の実現化例では、レンズスタックは、異なる数のレンズ、異なるタイプのレンズ、または異なる配置のレンズを含んでいてもよい。このため、レンズスタック４０は、光学モジュール６０に組込むことが可能なレンズ系の一例である。レンズ系は、１つ以上のレンズまたは他の受動光学素子を含んでいてもよく、それらは集束されていても非集束であってもよい。
図２〜６の例では、レンズスタック４０はウェーハレベルプロセスを使用して作製され、このプロセスは、複数の基板ウェーハを上下に積層してウェーハスタックを形成することを含み、ウェーハスタックは次にダイシングされて、個々のレンズスタックを提供する。他の実現化例では、レンズスタックは、射出成形手法を使用して作ることができる。たとえば、図７および図８に示すように、射出成形によって作られた１つ以上のプラスティックレンズ７０、７２が、レンズバレルまたは他のレンズホルダー７４内に導入されて、レンズ系、この場合レンズスタック８０を形成する。レンズバレル７４は、たとえば、熱可塑性材料などの不透明材料（たとえば、充填剤を有するポリカーボネート、またはガラス繊維を有する液晶ポリマー）から形成されてもよく、光の入射または出射を可能にするための開口部７６をその上端に含んでいる。
レンズスタック８０は次に、図４に関連して上述したものと同様の態様で、ＦＦＬ補正基板５２上に搭載され得る（すなわち、単体化される個々のレンズスタック８０がＦＦＬ補正基板５２上に搭載される）。ＦＦＬ補正基板５２上に搭載された各レンズスタック８０の焦点距離が測定され、結果として生じる測定値に基づいて、ＦＦＬ補正基板５２は（必要であれば）、各レンズスタック８０について焦点距離変動を調節するために、微細機械加工される。図５に関連して上述したように、微細機械加工は、特定のレンズスタック８０の下で、ＦＦＬ補正基板５２のセンサー側に穴５４を形成することを含み得る（図９参照）。穴５４の深さは変わるかもしれず、場合によっては（たとえば、焦点距離の補正または調節が必要でない場合）、レンズスタック８０の１つ以上については穴が必要ないかもしれない。ＦＦＬ補正基板５２は次に、ＦＦＬ補正を有するレンズスタック８０を各々含む個々の光学モジュールを形成するために、ダイシングされ、または他のやり方で分離され得る。
前述の図示された例では、各モジュールは、単一のレンズスタックを含む。しかしながら、他の実現化例では、各モジュールは、２つ以上のレンズスタックを含み得る。場合によっては、各モジュールは、レンズスタックのアレイ（たとえば、２×２アレイ、３×３アレイ、４×４アレイ、またはＭ×Ｎアレイ、ここでＭおよびＮは、互いに同じであっても異なっていてもよい正の整数である）を含む。そのような実現化例では、レンズスタックのＭ×Ｎアレイは、たとえば図１０および図１１に示すように、ＦＦＬ補正基板５２に取付けられ得る。図１０は、たとえば、ウェーハレベル手法で製造されたレンズスタック４０のＭ×Ｎアレイを示し、一方、図１１は、射出成形手法によって形成されたレンズスタック４０のＭ×Ｎアレイを示す。ＦＦＬ補正層５２をダイシングした後、各モジュールは、並んで整列された複数のレンズスタックを含むであろう。
ＦＦＬ補正基板５２は、図５および図９の例でのように、単一層で構成されていてもよい。しかしながら、他の実現化例では、ＦＦＬ補正基板５２は、結果として生じる光学モジュールについての所望の光学特性に依存して、異なる材料の複数の層を含んでいてもよい。たとえば、図１２は、ＦＦＬ補正基板が底部層５２Ａおよび上部層５２Ｂで構成されている一例を示す。図示された例では、ＦＦＬ補正用の穴は、底部層５２Ａに形成されている。図１３は、ＦＦＬ補正層が、底部層５２Ｃ、中間層５２Ｄ、および上部層５２Ｅを含む一例を示す。図示された例では、ＦＦＬ補正用の穴５４は、底部層５２Ｃに形成されている。さまざまなＦＦＬ層は、たとえば、ガラス材料および／またはポリマー材料で構成されてもよい。レンズスタックのＭ×Ｎアレイも、多層ＦＦＬ補正基板上に搭載されてもよい。例を図１４および図１５に示す。それらはそれぞれ、異なる材料の複数の層５２Ａ、５２Ｂで構成されたＦＦＬ補正基板５２上のレンズスタック４０のＭ×Ｎアレイを示している。いくつかの実現化例では、ＦＦＬ補正基板は、３つ以上の異なる層で構成されてもよい。
いくつかの実現化例では、結果として生じる光学モジュールについての所望の光学特性を得るために、１つ以上のカラーフィルターおよび／または赤外線（infra-red：ＩＲ）フィルターを、ＦＦＬ補正基板５２上に設けてもよい。カラーフィルターは、たとえば、単色の赤、緑および青のフィルター、またはベイヤー（Bayer）パターンフィルターを含んでいてもよい。また、いくつかの実現化例では、ＩＲフィルターまたは中性密度フィルターを設けてもよい。一例を図１６に示す。それは、ＦＦＬ補正基板５２のレンズスタック側のＩＲフィルター層９０と、ＩＲフィルター層上のカラーフィルター９２とを含んでいる。カラーフィルターは、各レンズスタック（たとえば、レンズスタック４０または８０）の光学チャネルに対応する位置に配置されている。このため、レンズスタック４０（または８０）は、たとえば、各カラーフィルター９２の上または上方に搭載され得る。
さらに、いくつかの実現化例では、各光学モジュールは、複数のレンズスタックを含む。たとえば、第１のレンズスタックは発光素子（たとえばＬＥＤ）と整列され、第２のレンズスタックは光検出素子（たとえばフォトダイオード）と整列されてもよい。その場合、ＦＦＬ補正基板５２上のカラーフィルター９２は互いに異なる光学特性を有していてもよく、クロスチャネル迷光減少構成が２つのチャネル間に設けられてもよい。図１６に示すように、クロスチャネル迷光減少は、ブラックコーティング層９４の上のブラックスペーサ９６によって実現され得る。いくつかの実現化例では、ブラックスペーサ９６は、ＦＦＬ補正基板５２またはＩＲフィルター層９０に直接（すなわち、ブラックコーティング層９４なしで）適用される。ブラックスペーサ９６およびブラックコーティング層９４は、予め定められた範囲の波長（たとえば、スペクトルの可視部分、スペクトルのＩＲ部分、および／またはスペクトルのＵＶ部分）にわたる光を実質的に通さない。好適なコーティング手法は、たとえば、スピンコーティング、噴霧、およびスパッタリングを含む。そのようなコーティング手法は、ブラックコーティング層９４、ＩＲフィルター層９０、および／またはカラーフィルターコーティング９２を設けるために使用可能である。複数のレンズスタック４０（または８０）を単一のＦＦＬ補正基板５２上に搭載することが可能であり、それは次に、それぞれの焦点距離変動を調節するために微細機械加工され得る。ＦＦＬ補正基板５２は次に、各モジュールが、単一のレンズスタックだけではなく、１対のレンズスタックを含むように、適切な位置でダイシングされ得る。
いくつかの実現化例では、ブラック（すなわち、不透明の）コーティングが、ＦＦＬ補正基板の底面（すなわち、センサー側の面）に、ＦＦＬ補正層のうちの１つ以上の層の底面に、および／または隣り合うＦＦＬ補正層間に追加されてもよい。図１７は、ＦＦＬ補正基板５２のレンズスタック側に、ＩＲフィルター９０と、カラーフィルター９２と、クロスチャネル迷光減少用のブラックコーティング層９４上のブラックスペーサ９６とを有する、ガラスＦＦＬ補正基板５２の一例を示す。基板５２のセンサー側は、チャネルＦＦＬ補正層１００と、モジュールＦＦＬ補正層１０２とを含む。チャネルＦＦＬ補正層１００は、２つのチャネル（すなわち、Ｃ１およびＣ２）によって異なるＦＦＬ補正または調節を提供できる。モジュールＦＦＬ補正層１０２は、すべての光学チャネルに等しくあてはまる追加のＦＦＬ補正または他の調節を提供できる。光学モジュールにおける迷光の減少を助けるために、ブラックコーティング層１０４が設けられてもよい。ブラックコーティング層１０４および／またはチャネルＦＦＬ補正層１００を設けるために、コーティング手法（たとえば、スピンコーティング、噴霧、およびスパッタリング）が使用可能である。ある特定の実現化例では、ＦＦＬ補正層の厚さは、ＦＦＬ補正基板５２については約４００μｍ、ＦＦＬ補正層１００については約２５μｍ、およびＦＦＬ補正層１０２については約１５０μｍである。
図１８〜２９は、図１７の特徴と同様のさまざまな特徴を有するＦＦＬ補正構造上に搭載されたレンズスタックのアレイを含むセンサーモジュールを作るための例示的な作製プロセスを示す。図１８に示すように、ガラスまたは他の基板２０２は、第１のＦＦＬ補正基板として機能する。垂直の点線２０４は、光学チャネル用の光軸の位置を示す。基板２０２のレンズスタック側（すなわち、レンズスタックが搭載される側）に、ＩＲフィルター層２０６がコーティングされ得る。図１９に示すように、ＦＦＬ基板２０２のセンサー側全体（すなわち、センサーが取付けられる側）は、ブラックコーティング２０８（すなわち、その表面に当たる光の全てまたはかなりの量を吸収する材料、もしくは、特定の波長または波長範囲を実質的に通さない材料）でコーティングされる。コーティング２０８は、迷光によって生じる光学的クロストークまたは干渉を減少させるのに役立ち得る。図２０に示すように光学チャネルの近傍に開口部２１０を設けるように、コーティング２０８の一部を除去するために、フォトリソグラフィー手法が使用可能である。
図２１に示すように、ＦＦＬ基板２０２のレンズスタック側は、第１のカラーフィルター層２１２でコーティングされる。次に、第１のカラーフィルター層２１２の一部が、チャネル開口部２１０のうちの選択されたチャネル開口部の上方の区域以外、たとえばフォトリソグラフィー手法によって除去される（図２２参照）。前述のステップが第２のカラーフィルター層２１４について繰り返され、図２３に示すように、各チャネル開口部２１０は、第１のカラーフィルター層２１２または第２のカラーフィルター層２１４の一方によって覆われる。図示された例では、チャネル開口部２１０の上方の区域は、第１のカラーフィルター層２１２または第２のカラーフィルター層２１４のいずれかによって交互に覆われる。第１および第２のカラーフィルター層は、選択された波長または波長範囲（たとえば、赤、緑または青）を通過させる。いくつかの実現化例では、３つ以上の異なるカラーフィルターが適用される。たとえば、場合によっては、赤、緑および青のチャネルを得るように、３つのカラーフィルターが適用される。
図２４によって示すように、（表面に当たる光の全てまたはかなりの量を吸収する材料、もしくは、特定の波長または波長範囲の実質的にすべての光を通さない材料で構成された）ブラックスペーサ２１６が、ＦＦＬ基板２０２のレンズスタック側で、隣り合うカラーフィルター２１２、２１４の対の間に設けられる。ブラックスペーサ２１６は、たとえば真空注入手法によって形成可能であるが、クロスチャネル迷光を減少させるのに役立ち得る。この場合、ＦＦＬ補正ウェーハを真空チャック上に配置してもよく、スペーサ区分を有するＰＤＭＳツールがＦＦＬ補正ウェーハと接触させられる。真空が適用され、不透明で硬化可能なエポキシ材料がツールに注入されて、ＦＦＬ補正ウェーハ上にスペーサが形成される。エポキシ材料は、ＵＶ放射を適用することによって硬化可能である。また、これに代えて、ブラックスペーサ２１６を形成するために、エンボス手法が使用可能である。いくつかの実現化例では、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、追加のブラックスペーサ２１６Ａが、カラーフィルターを格子状に包囲するように、カラーフィルター２１２、２１４の側に設けられ得る。ブラックスペーサ２１６のサイズおよび場所は、ＦＦＬ基板２０２に配置される、上を覆うレンズスタックの寸法に依存し得る。
図２５に示すように、個々のレンズスタック、またはレンズスタックのＭ×Ｎアレイ２１８が、ＦＦＬ基板２０２のレンズスタック側に取付けられる。ＩＲフィルター層２０６が存在しない場合、Ｍ×Ｎアレイ２１８は、ＦＦＬ基板２０２のレンズスタック側に直接取付け可能である。そうでなければ、Ｍ×Ｎアレイ２１８は、ＩＲフィルター層２０６の上面に取付け可能である。ブラックスペーサ２１６が図２４Ａのようにカラーフィルターを包囲する場合、レンズスタックは、図２５Ａに示すようにブラックスペーサ２１６上に直接搭載可能である。
次に、Ｍ×Ｎアレイ２１８における各レンズスタックについて、ＦＦＬが測定される。次に、図２６に示すように、チャネルＦＦＬ補正層２２０が、（たとえば、スピンコーティング、噴霧、またはスパッタリングなどのコーティング手法により）ＦＦＬ基板２０２のセンサー側に取付けられ、または適用される。チャネルＦＦＬ層２２０は、たとえばガラス材料および／またはポリマー材料で構成され得る。各レンズスタックについてのＦＦＬ測定に基づいて、レンズスタックについての所望のＦＦＬ値を達成するように、さまざまなレンズスタックの下のチャネルＦＦＬ補正層２２０の一部を除去するために、フォトリソグラフィー手法が使用される。レンズスタックは異なるＦＦＬ値を有し得るので、さまざまなレンズスタックについての補正されたＦＦＬ値を達成するために、異なる量のチャネルＦＦＬ補正層２２０が必要とされるかもしれない（図２７参照）。いくつかのレンズスタックについては、ＦＦＬ補正は必要ないかもしれず、その場合、それらの特定のレンズスタックの下の区域で、チャネルＦＦＬ補正層２２０はまるごと除去され得る。他の場合、特定のレンズスタックの下の区域で、チャネルＦＦＬ補正層２２０の一部が除去されてもよい。さらに他の場合、特定のレンズスタックの下で、チャネルＦＦＬ補正層２２０のどの部分も除去されないかもしれない。このように、実現化例に依存して、チャネルＦＦＬ補正層２２０は、レンズ系のすべて、またはレンズ系のうちのいくつかのみのために存在していてもよい。さらに、最終的なチャネルＦＦＬ補正層２２０の厚さは、各レンズ系にとって必要とされるＦＦＬ補正の量に依存して、レンズ系ごとに変わっていてもよい。
次に、図２８に示すように、スペーサ２２２が、たとえばＦＦＬ基板２０２のセンサー側に（たとえば、ブラックコーティング２０８の下面に）取付け可能であり、それらはモジュールの安定性を高めることができる。いくつかの実現化例では、スペーサ２２２は、真空注入手法によって設けられる。スペーサ２２２は、モジュールＦＦＬ補正層として機能し得る。スペーサ２２２の高さは、ＦＦＬ変動を補償するために、各モジュール（たとえば、レンズスタックの各２×２アレイ）について別々に調節可能である。そのような調節は、たとえば微細機械加工手法を使用して実行可能である。個々のモジュールは、たとえばダイシングライン２２４に沿ってダイシングすることにより、分離可能である。
次に、図２９に示すように、画像センサー２２６が、スペーサ２２２の下側に取付け可能である。画像センサー２２６は、たとえば、モジュール内の異なる光学チャネル２０４とそれぞれ整列された複数の発光素子および／または光感知素子を含み得る。各レンズ系の上方には、それぞれの開口部２２８があり、それは、レンズ系のうちの特定の１つのレンズ系の光軸２０４と実質的に整列されており、モジュールに対する光の入射または出射を可能にする。前述の手法は、ＦＦＬ補正構造を使用して効果的な所望の値を達成するように調節されたＦＦＬ値を有する１つ以上のレンズスタックを有するモジュールを提供することができる。
いくつかの実現化例では、図１８〜２９のさまざまなステップは、異なる順序で行なわれてもよい。たとえば、ブラックコーティング２０８を適用する前に、カラーフィルター２１２、２１４およびブラックスペーサ２１６を処理することが可能である。また、レンズスタックがＦＦＬ補正構造に取付けられる前に、レンズスタックのＦＦＬを別々に測定すること、および、レンズスタックが取付けられていない状態で（たとえば、図２６、図２７、図２８、図３０または図３１のような）次の処理ステップに進むことも可能である。場合によっては、ステップのうちのいくつかは省略されてもよく、または、追加のステップが追加されてもよい。実現化例に依存して、コーティング２０６、２０８、２１２、２１４は、ＦＦＬ補正基板２０２またはチャネルＦＦＬ補正層２２０のレンズ側またはセンサー側に適用され得る。
特定のレンズスタックについて必要とされるＦＦＬ補償の量に依存して、複数のチャネルＦＦＬ補正層２２０Ａ、２２０Ｂが設けられてもよい。一例を図３０に示す。それは、レンズスタックのうちのいくつかのための第１のチャネルＦＦＬ補正層の使用、ならびに、その他のレンズスタックのための第１のチャネルＦＦＬ補正層２２０Ａおよび第２のチャネルＦＦＬ補正層２２０Ｂの使用を示している。
チャネルＦＦＬ補正層２２０の一部を除去するためにフォトリソグラフィー手法を使用する（図２６および図２７に関連した上述の説明参照）代わりに、チャネルＦＦＬ補正層２２０の一部を除去するために微細機械加工手法を使用することができる（図３１参照）。その場合、モジュール用のＦＦＬ補正スペーサ２２２は、ブラックコーティング２０８に取付けられる代わりに、チャネルＦＦＬ補正層２２０に取付け可能である（図３１参照）。
前述の例では、チャネルＦＦＬ補正層２２０は、ＦＦＬ補正基板２０２のセンサー側（すなわち、画像センサー側）に取付けられる。いくつかの実現化例では、チャネルＦＦＬ補正層２２０は、ＦＦＬ補正基板２０２のレンズスタック側に取付け可能である。たとえば、図３２に示すように、チャネルＦＦＬ補正層２２０は、ＦＦＬ補正を必要とするレンズスタックについての特定の光学チャネルにおけるカラーフィルター層２１２、２１４上に設けられ得る。チャネルＦＦＬ補正層２２０は、たとえば、レンズスタックを搭載する前に追加され得る。チャネルＦＦＬ補正層２２０を形成するために、フォトリソグラフィー手法が使用可能である。そのような手法は、たとえば、レンズスタックが比較的均一で再現可能なＦＦＬ変動を呈する場合、特に有用であり得る。
複数の光学チャネルを含むモジュールについて図２８に関連して上述したように、個々のチャネルにＦＦＬ補正を提供するために、ＦＦＬ補正層２０２を必要に応じて追加してもよく、モジュール全体にＦＦＬ補正を提供するために、スペーサを追加してもよい。モジュールが（複数のチャネルではなく）単一の光学チャネルのみを含む状況では、スペーサを透明基板２０２に取付けてもよく、それらの高さを、光学チャネルに所望のＦＦＬ補正を提供するように調節してもよい。モジュールは単一の光学チャネルのみを含むので、別個のＦＦＬ補正層２２０を含む必要はない。そのようなモジュールの一例を、図３３に示す。それは、第１のスペーサ２１６Ａによって透明カバー２０２に取付けられたレンズスタック４０を示している。透明カバー２０２のセンサー側は、第２のスペーサ２２２によって、光検出素子（たとえばフォトダイオード）２４０を含む画像センサー２３８に取付けられている。この実現化例および上述の他の実現化例では、スペーサ２１６Ａ、２２２は、たとえばリング形状であってもよく、たとえば真空注入によって形成されてもよい。画像センサー２３８は、基板２４２上に搭載されている。
図３３の単体チャネルモジュールは、たとえばウェーハレベル手法を使用して作製可能である。図３４に示すように、第１のスペーサ３５２が透明ウェーハ３５４の片側に取付けられ、第２のスペーサ３５６が透明ウェーハ４０４の第２の側に取付けられる。第１および第２のスペーサ３５２、３５６を設けるために、スペーサウェーハが使用可能である。いくつかの実現化例では、スペーサ３５２、３５６は、真空注入手法によって透明ウェーハ３５４上に形成される。透明ウェーハ３５４は、たとえばガラス材料またはポリマー材料で構成されてもよく、一方、スペーサ３５２、３５６は、たとえば不透明材料で構成されてもよい。単体化される、射出成型されたレンズスタック４０は、第１のスペーサ３５２に取付けられる。次に、各レンズスタック４０のＦＦＬが測定され、必要であれば、光学チャネルにＦＦＬ補正を提供するために、レンズスタック４０が取付けられるスペーサ３５６の高さが調節され得る。スペーサ３５６の高さは、たとえば微細機械加工または他の手法によって調節可能である。次に、センサー側のスペーサウェーハ３５６は、基板ウェーハ（たとえば、プリント回路基板ウェーハ）３５８上に搭載されたそれぞれのイメージセンサー２３８に取付けられる。結果として生じるスタックは、単体チャネルモジュールを得るために（たとえばダイシングによって）分離され得る。
前述の例では、ＦＦＬ補正基板上にレンズスタックを搭載することは、好ましくは、ＦＦＬ補正基板上に個々の（すなわち、単体化される）レンズスタックを配置することによって行なわれる。しかしながら、いくつかの実現化例では、ＦＦＬ補正基板上に単体化されるレンズスタックを配置する代わりに、ＦＦＬ補正基板３０８上に、複数のレンズ３０６を各々有する透明光学部品ウェーハ３０４のスタック３０２が配置されてもよい（図３５参照）。光学部品ウェーハ３０４のスタック３０２は、光学部品ウェーハ３０４を互いからおよびＦＦＬ補正基板３０８から分離する不透明スペーサ３１０Ａ、３１０Ｂを含んでいてもよい。
スペーサ／光学部品スタック３０２は、たとえば熱安定性接着剤を使用してＦＦＬ補正基板３０８に取付け可能である。迷光を防止するために、トレンチ３１２などの開口部がレンズスタック間に形成され、次に不透明材料で充填される（図３６参照）。トレンチ３１２は、双方のウェーハ３０４の厚さを完全に通って延在すべきであり、好ましくは、下方スペーサ３１０Ｂ内に少なくとも部分的に延在すべきである。場合によっては、トレンチ３１２は、ＦＦＬ補正基板３０８の上面まで延在していてもよい。トレンチ３１２は、たとえば、ダイシング、微細機械加工、またはレーザー切断手法によって形成可能である。以下に説明されるように、トレンチ３１２は次に、透明ウェーハ３０４のさまざまな部分の側壁上に不透明層を提供するように、不透明材料で充填され得る。
図３７に示すように、トレンチ３１２を不透明材料（たとえば、カーボンブラックを有するエポキシ）で充填することを容易にするために、真空注入ＰＤＭＳツール３１４が、スペーサ／光学部品スタック３０２を覆って配置される。真空注入ツール３１４とＦＦＬ補正基板３０８との間に真空を適用するように、真空チャック３１６が、スペーサ／光学部品スタック３０２の下および周囲に設けられる。不透明材料は、真空チャック３１６の入口３１８内に注入され得る。真空チャック３１６の出口近くの真空ポンプ３２０が、注入された不透明材料の流れを容易にする。不透明材料の例は、カーボンブラック（または別の暗い色の顔料）または無機充填剤または染料を含有する、ＵＶまたは熱硬化性エポキシ（または他のポリマー）を含む。いくつかの実現化例では、添加剤はエポキシ（または他のポリマー）に埋め込まれている。
真空下でトレンチ３１２を不透明材料で充填した後、材料は（たとえばＵＶまたは熱硬化によって）硬化され、ツール３１４はスペーサ／光学部品スタック３０２から取外される。その結果、図３８に示すように、透明光学部品ウェーハ３０４の隣り合う部分間に、不透明領域３２２（たとえば、カーボンブラックを有するエポキシ）が形成される。不透明領域３２２の上部は、透明光学部品ウェーハ３０４のさまざまな部分の外面と実質的に同一平面上にあってもよく、また、スペーサ３１０Ａ、３１０Ｂと同じ不透明材料または異なる不透明材料で構成されてもよい。いくつかの実現化例では、不透明材料で構成されたバッフルウェーハが、光学部品／スペーサスタック３０２上に取付けられる。他の実現化例では、バッフルウェーハを省略してもよい。
不透明領域３２２を形成し、真空注入ツール３１４を取外した後、ＦＦＬ補正基板３０８は上述のように処理され得る。このため、たとえば、光学装置を作製する方法は、透明ＦＦＬ補正基板の上に、複数のレンズ系を含む光学部品／スペーサスタックを取付けるステップを含み得る。場合によっては、レンズ系を互いに分離するトレンチなどの開口部が、光学部品／スペーサスタックの一部を通って形成され、開口部は次に、不透明材料で充填される。レンズ系にそれぞれの焦点距離補正を提供するために、レンズ系のうちの少なくともいくつかの下で、基板の厚さを調節することができる。基板の厚さを調節することは、レンズ系の焦点距離の変動を補正するように、ＦＦＬ補正基板の選択された部分を除去すること、または、レンズ系のうちの少なくともいくつかの下に１つ以上の層を追加することを含んでいてもよい。次に、ＦＦＬ補正基板は複数の光学モジュールへと分離可能であり、それらは各々、ＦＦＬ補正基板の一部の上に搭載されたレンズ系のうちの１つ以上を含んでいる。レンズが形成される透明基板の側を含む、結果として生じるモジュールの側は、不透明材料によって覆われ、それは、迷光がモジュールに入射することを減少させるのに役立ち得る。
他の実現化例は、請求の範囲内にある。

Claims (12)

  1. 光学装置を作製する方法であって、前記方法は、
    複数の光学系を予め定められた波長または波長範囲の光を通し、互いに異なる素材の複数の層で構成される基板の上に搭載するステップと、
    光学系にそれぞれの焦点距離補正を提供するために、光学系のうちの少なくともいくつかの下で基板の厚さを調節するステップとを含み、厚さを調節するステップは基板の一部を除去して前記基板が第１の光学チャネルのための前記基板の第１エリアから第２の光学チャネルのための前記基板の第２のエリアまで層厚を変化させることを含み、方法はさらに、
    次に、基板を複数の光学モジュールへと分離するステップとを含み、複数の光学モジュールは各々、基板の上に搭載された光学系のうちの１つ以上を含む、方法。
  2. 基板の厚さを調節するステップは、
    光学系の焦点距離の変動を補正するように、光学系のうちの少なくともいくつかの下に材料を除去するために、マイクロマシニングを使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 基板の厚さを調節するステップは、光学系から最も遠い基板の層にそれぞれの穴を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 光学系を基板上に搭載するステップの前に、ウェーハレベルプロセスで光学系を作製するステップと、複数の光学系を形成するためにウェーハスタックを分離するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 基板の表面は１つ以上の光学フィルター層を含み、前記方法は、１つ以上の光学フィルター層が位置する場所に光学系を搭載するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 基板上に、クロスチャネル迷光減少素子を、光学系の隣り合うもの同士の間に設けるステップと、
    基板を複数の光学モジュールへとダイシングするステップとを含み、複数の光学モジュールは各々、クロスチャネル迷光減少素子によって分離された、光学系のうちの２つを含む、請求項１に記載の方法。
  7. クロスチャネル迷光減少素子はコーティング層の上のスペーサを含み、スペーサとコーティング層とは予め定められた波長または波長範囲の光に対して不透明である、請求項７に記載の方法。
  8. 基板の表面は、１つ以上の光学フィルター層を含み、前記方法は、１つ以上の光学フィルター層上に光学系を搭載するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  9. １つ以上の光学フィルター層は、カラーフィルター層および／または赤外線フィルター層を含む、請求項８に記載の方法。
  10. 基板の１つ以上の底面にコーティングを設けるステップを含み、コーティングは予め定められた波長または波長範囲の光に対して不透明である、請求項１に記載の方法。
  11. 選択された部分は、フォトリソグラフィー手法によって除去される、請求項１に記載の方法。
  12. 各光学系についてそれぞれの焦点距離を測定するステップと、
    光学系について測定された焦点距離に基づいて、異なる位置で、基板のそれぞれの量を除去するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
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