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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit in einem starren distalen Endabschnitt eines Endoskops angeordnet ist und eine Vielzahl von gestapelten Elementen umfasst, ein Endoskop, das eine Optikeinheit für ein Endoskop umfasst, die in einem starren distalen Endabschnitt angeordnet ist, wobei die Optikeinheit eine Vielzahl von gestapelten Elementen umfasst, und ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit in einem starren distalen Endabschnitt eines Endoskops angeordnet ist und eine Vielzahl von gestapelten Elementen umfasst.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Um die Invasivität abzumildern, ist es wichtig, eine Optikeinheit für ein Endoskop, die in einem starren distalen Endabschnitt eines Endoskops angeordnet sein soll, dünner auszuführen. Als ein Verfahren zum effizienten Herstellen einer dünnen Optikeinheit existiert ein Verfahren, bei dem ein gebondeter Wafer gefertigt wird, indem Element-Wafer gestapelt werden, die jeweils eine Vielzahl von Optikelementen umfassen, wobei der gebondete Wafer in einzelne Stücke geschnitten wird.
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Die Japanische Offenlegungsschrift der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
2012-18993 , offenbart ein Bildaufnahmemodul, das einen Stapel auf der Ebene der Wafer umfasst. Das Bildaufnahmemodul wird gefertigt, indem ein Linsen-Wafer, der eine Vielzahl von Linsen umfasst, und ein Bildaufnahme-Wafer, der eine Vielzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen umfasst, aneinander gebondet und der dann entstandene Wafer in einzelne Stücke geschnitten wird.
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Eine Außenseite einer Optikeinheit für ein Endoskop muss gegen Licht abgeschirmt werden, um einen Eintritt von Außenlicht in einen Strahlengang zu verhindern. Ein Anordnen eines lichtabschirmenden Films auf der Außenseite der Optikeinheit oder ein Vorsehen eines Linsentubus, der eine lichtabschirmende Funktion aufweist, führt jedoch nicht nur zu Komplikationen im Herstellungsprozess, sondern auch zu einer Vergrößerung der äußeren Abmessungen und wirkt damit einer Verringerung der Abmessungen entgegen.
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ENTGEGENHALTUNGSLISTE
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PATENTLITERATUR
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Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
2012-18993
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung , Folgendes bereitzustellen: eine Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist, ein Endoskop, das eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist, und ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Eine Optikeinheit für ein Endoskop gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von gestapelten Optikelementen, wobei jedes der Vielzahl von Optikelementen ein Parallelplatten-Glassubstrat als einen Träger umfasst, wobei die jeweiligen Querschnitte der Parallelplatten-Glassubstrate eine gleiche Größe in einer Richtung orthogonal zu einem Strahlengang aufweisen, und ein beliebiges der Optikelemente ein Linsenelement ist, das eine Harzlinse umfasst, die auf dem entsprechenden Träger angeordnet ist; und jedes der Vielzahl von Optikelementen umfasst einen ringförmigen Ausnehmungsabschnitt, der den Strahlengang umgibt, und eine lichtabschirmende Wand, die aus einem lichtabschirmenden Material hergestellt ist, das in den Ausnehmungsabschnitt eingefüllt ist.
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Ein Endoskop gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine Optikeinheit für ein Endoskop in einem starren distalen Endabschnitt eines Einführabschnitts, und die Optikeinheit umfasst eine Vielzahl von gestapelten Optikelementen, wobei jedes der Vielzahl von Optikelementen ein Parallelplatten-Glassubstrat als einen Träger umfasst, wobei die jeweiligen Querschnitte der Parallelplatten-Glassubstrate eine gleiche Größe in einer Richtung orthogonal zu einem Strahlengang aufweisen, und ein beliebiges der Optikelemente ein Linsenelement ist, das eine Harzlinse umfasst, die auf dem entsprechenden Träger angeordnet ist, und jedes der Vielzahl von Optikelementen umfasst einen ringförmigen Ausnehmungsabschnitt, der den Strahlengang umgibt, und eine lichtabschirmende Wand, die aus einem lichtabschirmenden Material hergestellt ist, das in den Ausnehmungsabschnitt eingefüllt ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst: einen Schritt, bei dem eine Vielzahl von ringförmigen Ausnehmungsabschnitten in jedem einer Vielzahl von Parallelplatten-Glas-Wafern gebildet wird; einen Schritt, bei dem lichtabschirmende Wände mittels Einfüllen eines lichtabschirmenden Materials in die Ausnehmungsabschnitte gefertigt werden; einen Schritt, bei dem ein gebondeter Wafer gefertigt wird, indem die Vielzahl von Glas-Wafern mit den gefertigten lichtabschirmenden Wänden gestapelt werden; und einen Schritt, bei dem der gebondete Wafer in einzelne Optikeinheiten für ein Endoskop geschnitten wird, wobei jede Optikeinheit eine Vielzahl von gestapelten Optikelementen umfasst, wobei jedes der Vielzahl von Optikelementen ein Glassubstrat als einen Träger umfasst, wobei die jeweiligen Querschnitte der Glassubstrate eine gleiche Größe in einer Richtung orthogonal zu einem Strahlengang aufweisen, wobei die Vielzahl von Optikelementen die jeweiligen lichtabschirmenden Wände umfassen, die den Strahlengang umgeben, und das Verfahren umfasst ferner einen Schritt umfasst, bei dem Harzlinsen in einer Herstellungsfläche der jeweiligen Ausnehmungsabschnitte mindestens eines beliebigen der Glas-Wafer vor dem Schritt des Fertigens eines gebondeten Wafers angeordnet werden.
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VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen das Bereitstellen von Folgendem: einer Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist, eines Endoskops, das eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist, und eines Verfahrens zum Herstellen einer Optikeinheit für ein Endoskop, wobei die Optikeinheit eine lichtabschirmende Funktion aufweist und leicht herzustellen ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ist eine Querschnittsansicht der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie II-II in 1;
- 3 ist eine Explosionsdarstellung der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 4 ist eine Darstellung eines äußeren Erscheinungsbilds eines Endoskops, das die Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform umfasst;
- 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 6A ist eine perspektivische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 6B ist eine perspektivische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 6C ist eine perspektivische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 6D ist eine perspektivische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 6E ist eine perspektivische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 7 ist eine Explosionsdarstellung eines gebondeten Wafers zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht eines gebondeten Wafers zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform;
- 10 ist eine Querschnittansicht einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 1 der ersten Ausführungsform;
- 11A ist eine Draufsicht eines Optikelements in einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 2 der ersten Ausführungsform;
- 11B ist eine Draufsicht eines Optikelements in der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 2 der ersten Ausführungsform;
- 11C ist eine Draufsicht eines Optikelements in der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 2 der ersten Ausführungsform;
- 12 ist eine Explosionsdarstellung in Querschnittsansicht eines gebondeten Wafers in einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 3 der ersten Ausführungsform;
- 13 ist eine perspektivische Ansicht der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß Abwandlung 3 der ersten Ausführungsform;
- 14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Optikeinheit für ein Endoskop gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 15 ist eine Explosionsdarstellung in Querschnittsansicht eines gebondeten Wafers in der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der zweiten Ausführungsform;
- 16 ist eine perspektivische Ansicht der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der zweiten Ausführungsform.
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BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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[ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM]
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Wie in den 1 bis 3 dargestellt, umfasst eine Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Linseneinheit 2, die eine Vielzahl von gestapelten Optikelementen 10 bis 30 umfasst. Die Linseneinheit 2 bildet eine Bildaufnahmeeinheit 1, die zusammen mit einer Bildaufnahmeeinrichtung 40 gemäß einer anderen Ausführungsform eine Optikeinheit für ein Endoskop ist.
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Die nachfolgende Beschreibung ist so zu verstehen, dass die Zeichnungen basierend auf den jeweiligen Ausführungsformen schematischer Art sind, z. B. sind eine Beziehung zwischen einer Dicke und einer Breite der einzelnen Teile und Dickenverhältnisse und relative Winkel zwischen den jeweiligen Teilen abweichend von den tatsächlichen Werten, auch Teile, die in Abhängigkeit von den Zeichnungen in Abmessungsbeziehung und -verhältnis unterschiedlich sind, können in der Zeichnung umfasst sein. Des Weiteren können bestimmte Bauteile nicht dargestellt und somit weggelassen sein.
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In der Linseneinheit 2 ist die Vielzahl von Optikelementen 10 bis 30 gestapelt, die jeweils einen Infrarot-Sperrfilter oder ein Glassubstrat, das ein Parallelplatten-Glassubstrat ist, als einen Träger umfassen. Die jeweiligen Querschnitte der Parallelplatten-Glassubstrate weisen eine gleiche Größe in einer Richtung orthogonal zu einem Strahlengang auf, das heißt, einer Richtung, die orthogonal zu einer optischen Achse O ist. Die Vielzahl der Optikelemente 10 bis 30 sind jeweils rechtwinklige Parallelepipede und haben die gleiche Größe im jeweiligen Querschnitt, somit ist auch die Linseneinheit 2 ein rechtwinkliges Parallelepiped.
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Das Optikelement 10 ist ein Infrarot-Sperrfilterelement, das die Funktion hat Infrarotlicht zu blockieren, und auf einer Rückseite 10SB des Optikelements 10 ist eine Blende 14 angeordnet, die eine optische Blende (Blendenabschnitt) zum Blockieren eines Teils eines Strahlengangs ist, um eine Lichtmenge anzupassen, wobei die Rückseite 10SB einer Lichteintrittsoberfläche 10SA zugewandt ist.
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Das Optikelement 20 ist ein Hybridlinsenelement, das aus Kunststoff und Glas hergestellt ist, in dem eine asphärische konvexe Linse 21, die aus einem Harz hergestellt ist, auf einer ersten Hauptoberfläche 20SA des entsprechenden Parallelplattenglases angeordnet ist. Das Optikelement 30 ist ein Hybridlinsenelement, in dem eine asphärische konvexe Linse 31, die aus einem Harz hergestellt ist, auf einer ersten Hauptoberfläche 30SA des entsprechenden Parallelplattenglases angeordnet, und eine asphärische konkave Linse 32, die aus einem Harz hergestellt ist, ist auf einer zweiten Hauptoberfläche 30SB, die der ersten Hauptoberfläche 30SA zugewandt ist, angeordnet.
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Mit anderen Worten ist aus den Optikelementen 10 bis 30 der Linseneinheit 2 jedes der Optikelemente 20, 30 ein Linsenelement, in dem Harzlinsen auf dem entsprechenden Träger angeordnet sind.
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Außerdem umfassen die Optikelemente 10 bis 30 jeweils Durchgangslöcher, die ringförmige kontinuierliche Ausnehmungsabschnitte sind, die den Strahlengang umgeben, sowie jeweilige lichtabschirmende Wände 15 bis 35, die aus Kupfer hergestellt sind, welches ein lichtabschirmendes Material ist, wobei das Kupfer in die jeweiligen Durchgangslöcher eingefüllt wird. Die lichtabschirmenden Wände 15 bis 35 der Optikelemente 10 bis 30 weisen eine rahmenartige Form und in jeweiligen den Strahlengang umgebenden Querschnitten eine gleiche Größe auf, wobei die umgebenden Querschnitte den Strahlengang ohne Unterbrechung umgeben.
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Außerdem ist die ringförmige Blende 14 so vorgesehen, dass sie sich in vorspringenden Weise aus der lichtabschirmenden Wand 15 an der Rückseite 10SB des Optikelements 10 erstreckt. Ein äußerer Umfang der Blende 14 weist eine rechtwinklige Form auf, aber ein innerer Umfang der Blende 14 weist eine runde Form auf. Mit anderen Worten ist eine Mitte der Blende 14 ein runder Raum.
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Ein ringförmiger Abstandhalter 24 ist so vorgesehen, dass er sich in vorspringender Weise aus der lichtabschirmenden Wand 25 an der ersten Hauptoberfläche 20SA des Optikelements 20 erstreckt. Der Abstandhalter 24 kommt mit der Blende 14 in Berührung. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen der Rückseite 10SB des Optikelements 10 und der ersten Hauptoberfläche 20SA des Optikelements 20 durch eine Dicke der Blende 14 und eine Dicke des Abstandhalters 24 definiert.
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Der ringförmige Abstandhalter 34 ist so vorgesehen, dass er sich in vorspringender Weise aus der lichtabschirmenden Wand 35 an der ersten Hauptoberfläche 30SA des Optikelements 30 erstreckt. Der Abstandhalter 34 kommt mit einer zweiten Hauptoberfläche 20SB des Optikelements 20 in Berührung. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen der Rückseite 20SB des Optikelements 20 und der ersten Hauptoberfläche 30SA des Optikelements 30 durch eine Dicke des Abstandhalters 34 definiert.
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Außerdem ist in einen äußeren Umfangsabschnitt jedes Abstandhalters 14, 24, 34 ein Versiegelungsharz 50 zum Verbessern der Klebkraft und der Zuverlässigkeit eingefüllt.
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Bei der Linseneinheit 2 ist ein Eintritt von Außenlicht in den Strahlengang durch die ringförmigen lichtabschirmenden Wände 15, 25, 35, der ringförmigen Blende 14 und der ringförmigen Abstandhalter 24, 34 blockiert.
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Bei der Linseneinheit 2, die eine lichtabschirmende Funktion aufweist, besteht keine Notwendigkeit, einen lichtabschirmenden Film auf einer Außenseite anzuordnen oder einen Linsentubus vorzusehen, der eine lichtabschirmende Funktion aufweist, somit ist dieser dünn. Außerdem werden, wie später beschrieben wird, die lichtabschirmenden Wände 15, 25, 35 in einem Wafer-Prozess gefertigt, und somit ist die Linseneinheit 2 leicht herzustellen. Des Weiteren umfasst die Linseneinheit 2 die Blende 14 und den Abstandhalter 24, 34, die so vorgesehen sind, dass sie sich von den jeweiligen lichtabschirmenden Wänden 15, 25, 35 heraus erstrecken, und ist somit ist die Linseneinheit 2 ferner leicht herzustellen.
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Andererseits sind in einer Bildaufnahmeoberfläche 40SA der Bildaufnahmeeinrichtung 40, die ein Halbleitersubstrat umfasst, eine Lichtempfangssektion 41 wie zum Beispiel ein CMOS-Lichtempfangselement und ein ringförmiger Abstandhalter 44 angeordnet. Die Lichtempfangssektion 41 empfängt Licht, das von den Optikelementen 10, 20, 30 der Linseneinheit 2 gesammelt wird. Der ringförmige Abstandhalter 44 kommt mit der zweiten Hauptoberfläche 30SB des Optikelements 30 in Berührung. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen der Rückseite 30SB des Optikelements 30 und der Bildaufnahmeoberfläche 40SA der Bildaufnahmeeinrichtung 40 durch eine Dicke des Abstandhalters 44 definiert. Die Lichtempfangssektion 41 ist mit äußeren Verbindungselektroden 49 auf der Rückseite 40SB mittels einer nicht dargestellten Durchgangsverdrahtung verbunden.
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Ein Querschnitt in der zu dem Strahlengang orthogonalen Richtung der Bildaufnahmeeinrichtung 40 weist eine rechteckige Form und Größe auf, die die gleiche ist wie die Größe der Optikelemente 10 bis 30 der Linseneinheit 2. Somit ist die Bildaufnahmeeinheit 1, die eine lichtabschirmende Funktion aufweist, ein dünnes, rechtwinkliges Parallelepiped und ist leicht herzustellen.
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[ENDOSKOP]
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Wie in 3 dargestellt, nimmt die Bildaufnahmeeinheit 1 (Linseneinheit 2), die in einem starren distalen Endabschnitt 9A eines Einführabschnitts 9B eines Endoskops 9 angeordnet ist, ein Objektbild auf, verarbeitet es und gibt ein Bildaufnahmesignal aus. Mit anderen Worten umfasst ein Endoskop 9 gemäß einer anderen Ausführungsform einen Einführabschnitt 9B, der die Bildaufnahmeeinheit 1 umfasst, die in dem starren distalen Endabschnitt 9A angeordnet ist, einen Betriebsabschnitt 9C, der an der proximalen Endseite des Einführabschnitts 9B angeordnet ist, und ein Universalkabel 9D, das sich von dem Betriebsabschnitt 9C weg erstreckt. Ein von der Bildaufnahmeeinheit 1, die in dem starren distalen Endabschnitt 9A angeordnet ist, ausgegebenes Bildaufnahmesignal wird mittels eines Kabels an einen Prozessor gesendet, das durch das Universalkabel 9D hindurch eingeführt ist. Außerdem wird ein Treibersignal von dem Prozessor an die Bildaufnahmeeinheit 1 mittels eines Kabels gesendet, das durch das Universalkabel 9D hindurch eingeführt ist.
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Das Endoskop 9 gemäß der anderen Ausführungsform umfasst die Bildaufnahmeeinheit 1 (Linseneinheit 2), die eine lichtabschirmende Funktion aufweist, in dem starren distalen Endabschnitt 9A und ist somit dünn und leicht herzustellen.
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[HERSTELLUNGSVERFAHREN]
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Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Bildaufnahmeeinheit 1 (Linseneinheit 2) unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, das in 5 dargestellt ist, beschrieben. Außerdem geben die 6A bis 6E jeweilige Schritte des Herstellens eines Element-Wafers 20W als ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Element-Wafers an.
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[SCHRITT S11] Anordnen der Harzlinse
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Eine Vielzahl von Parallelplatten-Glas-Wafern 10W bis 30W (siehe 7) werden vorbereitet. Jeder der Glas-Wafer 10W bis 30W ist z. B. ein lichtdurchlässiger, beispielsweise transparenter und farbloser, Glas-Wafer oder ein Filter-Wafer, der ausgestaltet ist, Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband zu blockieren. Jeweilige Dicken der Glas-Wafer 10W bis 30W sind gemäß den jeweils erforderlichen optischen Merkmalen festgelegt. Wie später beschrieben wird, werden die Glas-Wafer 10W bis 30W in Glassubstrate 10 bis 30 der jeweiligen Linseneinheiten 2 geschnitten.
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Beispielsweise ist, wie in 6A dargestellt, in dem Glas-Wafer 20W eine Vielzahl von Harzlinsen 21 an vorbestimmten Positionen in einer ersten Hauptoberfläche 20SA angeordnet. Die Position der Anordnung jeder Harzlinse 21 befindet sich im Innern einer Fläche, in der ein Ausnehmungsabschnitt T20 in einem nachfolgenden Schritt gebildet werden soll (siehe 6B). Jede Harzlinse 21 wird beispielsweise angeordnet, mittels Aufbringen eines transparenten Linsenharzes, Pressen einer Form, die eine vorbestimmte Form aufweist, gegen das transparente Linsenharz und Aufbringen von ultraviolettem (UV-) Licht von unten (Seite der zweiten Hauptoberfläche 20SB) zum Härten des transparenten Linsenharzes.
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Andererseits ist z. B. wird eine Vielzahl von Lichtempfangssektionen 41 an vorbestimmten Positionen auf einem Halbleiter-Wafer 40W gebildet, beispielsweise aus Silizium mittels einer bekannten Halbleiterherstellungstechnik.
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[SCHRITT S12] Bilden der Ausnehmungsabschnitte
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Wie in 6B dargestellt, ist ein Halte-Wafer 60, der ein Träger-Wafer ist, auf einer zweiten Hauptoberfläche 20SB des Glas-Wafers 20W angeordnet und die jeweiligen ringförmigen Ausnehmungsabschnitte T20 sind so gebildet, dass sie die Vielzahl von Harzlinsen 21 umgeben. Jeder Ausnehmungsabschnitt T20 ist eine ringförmige Glasdurchkontaktierungsöffnung (TGV=through glass via), die sich durch den Glas-Wafer 20W hindurch erstreckt. Die Ausnehmungsabschnitte T20 sind beispielsweise mittels Nassätzen oder Trockenätzen mit einer Ätzmaske (nicht dargestellt) gebildet, die auf der ersten Hauptoberfläche 20SA des Glas-Wafers 20W angeordnet ist.
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Eine Vielzahl von Ausnehmungsabschnitten ist an jeweils gleichen Positionen in einer Matrix in den Glas-Wafern 10W bis 30W gebildet.
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[SCHRITT S13] Bilden der lichtabschirmenden Wände
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Ein lichtabschirmendes Material wird in die Ausnehmungsabschnitte T20 eingefüllt, um lichtabschirmende Wände 25 herzustellen. Bei der Bildaufnahmeeinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die lichtabschirmenden Wände 25 mittels galvanischer Beschichtung unter Verwendung von Kupferhergestellt.
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Mit anderen Worten wird, wie in 6C dargestellt, ein darunterliegender leitfähiger Film auf dem Glas-Wafer 20W beispielsweise mittels Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition - CVD) aufgebracht, anschließend wird eine Plattierungsmaske 61 angeordnet und ein Kupferplattierungsfilm wird im Innern jedes Ausnehmungsabschnitts T20 mittels galvanischer Beschichtung angeordnet.
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Eine Dicke jeder lichtabschirmenden Wand 25, das heißt, eine Breite einer Öffnung jedes Ausnehmungsabschnitts, ist vorzugsweise nicht kleiner als 10 µm, besonders bevorzugt nicht kleiner als 30 µm, diese Werte sind unter Blickwinkel der Lichtabschirmung und Produktivität gewählt. Im Hinblick auf eine möglichst dünne Ausführung ist eine obere Grenze für die Dicke jeder lichtabschirmenden Wand 25 beispielsweise 200 µm.
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Wenn die Öffnung jedes Ausnehmungsabschnitts beispielsweise nicht kleiner als 50 µm ist, ist es nicht notwendig, dass das Innere des Ausnehmungsabschnitts vollständig mit dem lichtabschirmenden Material (Plattierungsfilm) gefüllt ist. Jeder Ausnehmungsabschnitt kann im Innern einen Raum aufweisen, solange mindestens eine Wandoberfläche auf der Innenseite des Ausnehmungsabschnitts von einem Plattierungsfilm bedeckt ist, der eine Dicke aufweist, die größer oder gleich einer vorbestimmten Dicke ist (zum Beispiel nicht geringer als 10 µm).
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Außerdem kann das lichtabschirmende Material bereitgestellt werden, indem ein lichtabschirmendes Harz, beispielsweise ein Harz, in dem Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, in die Ausnehmungsabschnitte eingefüllt und das Harz gehärtet wird. Im Hinblick auf die Lichtabschirmungseigenschaft und Produktivität ist das lichtabschirmende Material jedoch vorzugsweise ein Metall wie Ni, Cu, Au, Sn, SnAg oder In, besonders bevorzugt ein galvanisch abgeschiedener Film (Plattierungsfilm).
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Bei der Bildaufnahmeeinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Cu-Plattierungsfilm, der eine lichtabschirmende Wand 25 bildet, vorgesehen, um sich nicht nur im Innern des entsprechenden Ausnehmungsabschnitts T20 zu erstrecken, sondern auch, um sich in einer vorspringenden Weise aus der ersten Hauptoberfläche 10SB heraus zu erstrecken. Mit anderen Worten, der ringförmige Vorsprungsabschnitt 24, der vorgesehen ist, um sich aus der lichtabschirmenden Wand 25 zu erstrecken, wird gleichzeitig mit der Anordnung der lichtabschirmenden Wand 25 angeordnet und umfasst ein Material, das das gleiche ist wie das Material der lichtabschirmenden Wand 25.
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Die lichtabschirmende Wand 25 und der Vorsprungsabschnitt 24 können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Zum Beispiel ist es möglich, dass die lichtabschirmende Wand 25 aus Cu hergestellt ist und der Vorsprungsabschnitt 24 aus Gold. Es ist auch möglich, dass nur ein oberer Teil des Vorsprungsabschnitts aus Gold hergestellt ist.
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Dann wird der Halte-Wafer 60 entfernt, und der Glas-Wafer 20W mit der Vielzahl von Harzlinsen 21, die im Innern der jeweiligen rahmenartigen Vorsprungsabschnitte 24 angeordnet sind, ist somit fertiggestellt.
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Wie später beschrieben wird, dienen die ringförmigen Vorsprungsabschnitte 24, die eine Funktion als lichtabschirmende Wand haben, jeweils auch als Abstandhalter, der einen Abstand zwischen dem entsprechenden Glas-Wafer (Optikelement) und einem Glas-Wafer (Optikelement), das dem Glas-Wafer benachbart ist, definieren, wenn die Glas-Wafer gestapelt werden.
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Ebenso sind lichtabschirmende Wände 15, 35 und Vorsprungsabschnitte 14, 34 in jeweiligen Glas-Wafern 10W, 30W angeordnet. Wie in 2 dargestellt, weist jeder Vorsprungsabschnitt 14 der zweiten Hauptoberfläche 10SB des Glas-Wafers 10W nicht nur eine Abstandhalterfunktion auf, sondern auch eine Funktion eines Blendenabschnitts, der ausgestaltet ist, eine Lichtmenge im Strahlengang zu begrenzen.
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Außerdem sind ringförmige Vorsprungsabschnitte 44 in einer Bildaufnahmeoberfläche 40SA des Halbleiter-Wafers 40W gebildet, die die jeweiligen Lichtempfangssektionen 41 umgeben.
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[SCHRITT S14] Bonden der Wafer
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Wie in 8 dargestellt, wird ein gebondeter Wafer 70W gefertigt, indem die Vielzahl von Glas-Wafern 10 bis 30 mit den jeweils gefertigten lichtabschirmenden Wänden und der Bildaufnahme-Wafer 40W gestapelt werden.
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Mit anderen Worten wird beispielsweise eine Positionierung ausgeführt, sodass die Vorsprungsabschnitte jedes Wafers mit Öffnungen der lichtabschirmenden Wände eines anderen Wafers in Berührung gebracht werden, und der Wafer und der andere Wafer werden dann miteinander gebondet. Zum Bonden kann ein Klebstoff verwendet werden, aber es ist bevorzugt, beispielsweise eine Metallverbindung (metal bonding) ohne Verwenden eines Klebstoffs anzuwenden. Ein Versiegelungsharz 50 wird in einen äußeren Umfangsabschnitt jedes ringförmigen Bondingteils zum Verstärken eingefüllt.
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Außerdem erleichtert ein gebondeter Wafer, in dem Bondingoberflächen jeweils aus Gold gebildet sind, eine Metallverbindung unter Verwendung von Ultraschallbonden oder Raumtemperaturbonden. Ein Wafer, in dem obere Abschnitte von Vorsprungsabschnitten beispielsweise aus Sn hergestellt sind, das ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt ist, ermöglicht eine Metallverbindung mittels Erwärmen.
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[SCHRITT S15] Schneiden
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Wie in 9 dargestellt, wird der gebondete Wafer 70W in einzelne Bildaufnahmeeinheiten 1 geschnitten.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren der Bildaufnahmeeinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Optikeinheit für ein Endoskop 1 leicht hergestellt werden, wobei die Optikeinheit eine lichtabschirmende Funktion aufweist.
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[ABWANDLUNGEN]
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Als Nächstes werden Abwandlungen der Optikeinheit für ein Endoskop gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Eine Optikeinheit für ein Endoskop gemäß jeder der Abwandlungen ist ähnlich der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2 und weist eine Funktion auf, die die gleiche ist wie die Funktion der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2, und somit werden Bauteile, die jeweils eine Funktion aufweisen, die einer Funktion eines Bauteils in der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2 gleich ist, mit Bezugszeichen versehen, die den Bezugszeichen des Bauteils gleich sind, und eine Beschreibung derartiger Bauteile wird weggelassen.
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[ABWANDLUNG 1]
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Wie in 10 dargestellt, sind in einer Bildaufnahmeeinheit 1A (Linseneinheit 2A) gemäß Abwandlung 1 die Höhen der lichtabschirmenden Wände 15A, 25A, 35A, das heißt, Tiefen der jeweiligen Ausnehmungsabschnitte 80 % der jeweiligen Dicke der Optikelemente 10, 20, 30, und die Ausnehmungsabschnitte sind keine Durchgangskontaktierungen, sondern Sackloch-Verbindungskontakte (bottomed vias).
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In dem Fall der Bildaufnahmeeinheit 1A sind ringförmige Ausnehmungsabschnitte, die in Wafern gebildet sind, keine Durchgangslöcher und, im Gegensatz zu der Bildaufnahmeeinheit 1, die in 6B dargestellt ist, ist es nicht notwendig, einen Halte-Wafer 60 auf einer zweiten Hauptoberfläche 20SB eines Glas-Wafers 20W anzuordnen, wenn die Ausnehmungsabschnitte gebildet werden.
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Daher sind die Bildaufnahmeeinheit 1A und die Linseneinheit 2A leichter herzustellen.
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Im Hinblick auf die Lichtabschirmungsfähigkeit ist bevorzugt vorgesehen, dass die Tiefen der Ausnehmungsabschnitte (Höhen der lichtabschirmenden Wände) nicht kleiner als 75 % der Dicken der jeweiligen Optikelemente 10, 20, 30 sind. Außerdem ist, wenn die Tiefe eines Ausnehmungsabschnitts 50 µm kleiner als die Dicke des entsprechenden Optikelements ist, eine Breite der entsprechenden lichtabschirmenden Wand im Hinblick auf die Lichtabschirmungsfähigkeit vorzugsweise nicht kleiner als 50 µm, besonders bevorzugt nicht kleiner als 100 µm.
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Außerdem ist es möglich, dass der Ausnehmungsabschnitt von mindestens einem beliebigen der Optikelemente 10, 20, 30 eine ringförmige Form mit Boden aufweist und die Ausnehmungsabschnitte der anderen Optikelemente ringförmige Durchgangskontaktierungen sind.
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[ABWANDLUNG 2]
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Bei der Bildaufnahmeeinheit 1 (Linseneinheit 2) weist ein äußerer Umfang der lichtabschirmenden Wand 15 usw. in einem Querschnitt eine rechteckige Rahmenform auf. Andererseits weist eine lichtabschirmende Wand 25B1 usw. bei einer Bildaufnahmeeinheit 1B1 (Linseneinheit 2B1) gemäß der Abwandlung, die in 11A dargestellt ist, in einem Querschnitt eine runde Form auf. Außerdem weist eine lichtabschirmende Wand 25B2 usw. bei einer Bildaufnahmeeinheit 1B2 (Linseneinheit 2B2) gemäß der Abwandlung, die in 11B dargestellt ist, in einem Querschnitt eine sechseckige Form auf. Mit anderen Worten kann eine Form der lichtabschirmenden Wand eine runde Form oder eine vieleckige Form sein, die mehr als vier Ecken aufweist, solange die lichtabschirmende Wand den Strahlengang umgibt.
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Außerdem kann, wie in einer lichtabschirmenden Wand 25B3 einer Bildaufnahmeeinheit 1B3 (Linseneinheit 2B3) gemäß der Abwandlung, die in 11C dargestellt ist, ein äußerer Umfang einer lichtabschirmenden Wand breit sein, solange ein mittlerer Raum den Strahlengang umgibt.
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Außerdem können die lichtabschirmenden Wände der Optikelemente 10, 20, 30 unterschiedliche Formen aufweisen.
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[ABWANDLUNG 3]
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In dem Fall einer Optikeinheit für ein Endoskop (einer Bildaufnahmeeinheit 1C oder einer Linseneinheit 2C) gemäß Abwandlung 3, wie in 12 dargestellt, erstreckt sich eine Vielzahl von Ausnehmungsabschnitten, die in einem Element-Wafer 10WC usw. gebildet sind, über jeweilige Schnittlinien CL hinweg. Daher sind bei der Bildaufnahmeeinheit 1C, die als ein Ergebnis dessen, dass ein gebondeter Wafer 70WC in einzelne Stücke geschnitten wird, wie in 13 dargestellt, die ringförmigen Ausnehmungsabschnitte in dem gebondeten Wafer 70WC ausgeschnittene Abschnitte in den Seitenflächen, wobei ein äußerer Umfang jedes der Ausnehmungsabschnitte eine rechtwinklige Form aufweist, und eine lichtabschirmende Wand 15C usw. und ein Abstandhalter 14C usw. sind in den Seitenflächen freiliegend. Mit anderen Worten, die jeweiligen Außenseiten der lichtabschirmenden Wand 15C usw. und des Abstandhalters 14C usw. sind Schnittoberflächen.
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Die Bildaufnahmeeinheit 1C kann im Vergleich zu der Bildaufnahmeeinheit 1leicht dünner ausgeführt werden. Außerdem ist eine Breite einer Öffnung jedes Ausnehmungsabschnitts in der Bildaufnahmeeinheit 1C größer als die Breite der Öffnung in der Bildaufnahmeeinheit 1 usw., und somit kann ein lichtabschirmendes Material, beispielsweise ein Plattierungsfilm, leicht in den Ausnehmungsabschnitt eingefüllt werden.
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Außerdem ist zu verstehen, dass, wie bei der Bildaufnahmeeinheit 1A, die Bildaufnahmeeinheit 1C auch Wirkungen bereitstellt, die die gleichen sind wie die Wirkungen der Bildaufnahmeeinheit 1A, indem jeder Ausnehmungsabschnitt als ein Sackloch-Verbindungskontakt gebildet wird.
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[ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM]
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Eine Bildaufnahmeeinheit 1D gemäß einer zweiten Ausführungsform ist ähnlich der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2 und weist eine Funktion auf, die die gleiche ist wie die Funktion der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2, und somit werden Bauteile, die jeweils eine Funktion aufweisen, die einer Funktion eines Bauteils in der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2 gleich ist, mit Bezugszeichen versehen, die den Bezugszeichen der Bauteile in der Bildaufnahmeeinheit 1 oder der Linseneinheit 2 gleich sind, und eine Beschreibung derartiger Bauteile wird weggelassen.
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In dem Flussdiagramm, das in 14 dargestellt ist, ist ein Verfahren zum Herstellen der Bildaufnahmeeinheit 1D dargestellt, welche ähnlich dem Verfahren zum Herstellen der Bildaufnahmeeinheit 1, das in 5 dargestellt ist, ist. In einem Wafer-Bondingschritt (S14A) wird jedoch ein Bildaufnahme-Wafer 40W nicht gebondet.
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Somit ist das, was in einem Schritt gefertigt wird, in dem ein gebondeter Wafer (Schritt 15A) geschnitten wird, eine rechtwinklige Linseneinheiten 2D, die jeweils keine Bildaufnahmeeinrichtung umfasst.
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Mit anderen Worten umfassen, wie in 15 dargestellt, die Linseneinheiten 2D jeweils Optikelemente 10D, 20D, 80D, 30D. Bei jeder Linseneinheit 2D ist das Optikelement 30D ein Deckglaselement, und das Optikelement 80D ist ein Infrarot-Sperrfilterelement. Ein Abstandhalter 29, der eine Blendenfunktion aufweist, ist auch auf dem Optikelement 20D angeordnet.
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Mit anderen Worten, die Anzahl, der Typ und die Stapelreihenfolge der Optikelemente und eine Anbringung eines Filters usw., die in einer Linseneinheit umfasst sind, werden in Abhängigkeit von den Spezifikationen angepasst.
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Andererseits wird der Bildaufnahme-Wafer 40WD nach dem Herstellen der Lichtempfangssektionen 41 usw. auf dem Bildaufnahme-Wafer 40WD einem Betriebstest (Schritt S16), im Zustand auf dem Wafer, unterzogen.
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Dann wird die Linseneinheit 2D nur auf denjenigen Bildaufnahmeeinrichtungen angeordnet, die aus einer Vielzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen, die in dem Bildaufnahme-Wafer 40WD umfasst sind, als nichtfehlerhafte Produkte in dem Test bestimmt werden (Schritt S17). Die Bildaufnahmeeinheiten 1D, die dadurch erhalten werden, dass der Bildaufnahme-Wafer 40WD in einzelne Stücke geschnitten wird (Schritt S18), umfassen jeweils eine Bildaufnahmeeinrichtung 40D, die in dem Betriebstest als ein nichtfehlerhaftes Produkt bestimmt wurde; somit ist die Ausbeute der Produktion gut.
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In dem Schritt des Schneidens eines gebondeten Wafers (Schritt S15A) ist es möglich, dass der gebondete Wafer in Linsenblöcke geschnitten wird, von denen jeder eine Vielzahl von Linseneinheiten umfasst, und die Linsenblöcke auf dem Bildaufnahme-Wafer 40WD angeordnet werden. Im Gegensatz dazu ist es möglich, dass der Bildaufnahme-Wafer 40WD in Bildaufnahmeblöcke geschnitten wird, von denen jeder eine Vielzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen aufweist, und die Linseneinheiten 2 dann auf den Bildaufnahmeblöcken angeordnet werden. Des Weiteren ist es möglich, dass Bildaufnahmeeinrichtungen, die dadurch erhalten werden, dass der Bildaufnahme-Wafer in einzelne Stücke geschnitten wird, auf dem gebondeten Wafer, der die Vielzahl von Linseneinheiten umfasst, angeordnet werden.
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Es ist zu verstehen, dass ein Endoskop, das ein beliebiges der folgenden Elemente: die Bildaufnahmeeinheit 1A (Linseneinheit 2A), die Bildaufnahmeeinheit 1B1 (Linseneinheit 2B1), die Bildaufnahmeeinheit 1B2 (Linseneinheit 2B2) und die Bildaufnahmeeinheit 1D, in einem starren distalen Endabschnitt 9A eines Einführabschnitts 9B umfasst, die Wirkungen des Endoskops 9 aufweist und ferner die Wirkungen der entsprechenden Bildaufnahmeeinheit (Linseneinheit) aufweist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Ähnliches begrenzt, und verschiedene Änderungen, Kombinationen und Anwendungen sind möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A bis 1F ...
- Bildaufnahmeeinheit
- 2, 2A bis 2D ...
- Linseneinheit
- 9 ...
- Endoskop
- 9A ...
- Starrer distaler Endabschnitt
- 9B ...
- Einführabschnitt
- 10 ...
- Optikelement
- 10W ...
- Glas-Wafer
- 14 ...
- Abstandhalter
- 15 ...
- Lichtabschirmende Wand
- 20 ...
- Optikelement
- 20W ...
- Glas-Wafer
- 21 ...
- Harzlinse
- 24 ...
- Abstandhalter
- 25 ...
- Lichtabschirmende Wand
- 30 ...
- Optikelement
- 31 ...
- Konvexe Linse
- 32 ...
- Konkave Linse
- 34 ...
- Abstandhalter
- 35 ...
- Lichtabschirmende Wand
- 40 ...
- Bildaufnahmeeinrichtung
- 40W ...
- Bildaufnahme-Wafer
- 44 ...
- Abstandhalter
- 49 ...
- Externe Verbindungselektrode
- 50 ...
- Versiegelungsharz
- 60 ...
- Halte-Wafer
- 80D ...
- Optikelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 201218993 [0003, 0005]