WO2017203593A1 - 内視鏡用光学ユニットの製造方法、内視鏡用光学ユニット、および内視鏡 - Google Patents

内視鏡用光学ユニットの製造方法、内視鏡用光学ユニット、および内視鏡 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an endoscope optical unit in which a plurality of optical elements are stacked, an endoscope optical unit in which a plurality of optical elements are stacked, and an endoscope optical in which a plurality of optical elements are stacked.
  • the present invention relates to an endoscope having a unit at its tip.
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-18993 discloses an optical unit made of a wafer level laminate as a method of efficiently manufacturing an ultra-thin optical unit.
  • the optical unit is manufactured by cutting and singulating a bonded wafer in which a plurality of lens wafers each including a plurality of lenses and an imaging element wafer including a plurality of imaging elements are stacked.
  • optical units consisting of very thin wafer level stacks do not have high mechanical strength. Therefore, when stress is applied after being singulated, there is a possibility that the bonding surface may be peeled or broken and broken, and the productivity is not high.
  • the optical unit in order to prevent external light from entering the light path, it is preferable to dispose a light shielding member on the side surface.
  • the arrangement of the light blocking member goes against the thinning of the optical unit.
  • An embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a highly productive optical unit for an endoscope, an optical unit for endoscope manufactured by a highly productive method, and a highly productive optical unit for an endoscope.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope.
  • a plurality of optical element wafers each including a plurality of optical elements are stacked to produce a bonded wafer, and the bonded wafer is singulated And forming a groove along the cutting line, and cutting the bonded wafer along the cutting line with a width smaller than the width of the groove, and cutting into pieces
  • the method further comprises the step of disposing a reinforcing member in the groove.
  • An endoscope optical unit has a first principal surface which is a light incident surface and a second principal surface opposed to the first principal surface, and a parallel flat glass as a substrate
  • a plurality of optical elements configured to form an image of light incident from the light entrance surface, including a first optical element to be stacked, and the first main surface is
  • a reinforcement member is accommodated in the inside of the notch, which is larger than any of the main surfaces of the plurality of other optical elements.
  • the endoscope according to the embodiment of the present invention includes an endoscope optical unit at the distal end of the insertion portion, and the endoscope optical unit has a first main surface, which is a light entrance surface, and the first main surface. And a plurality of first optical elements having a main surface opposite to the second main surface opposed to each other and including a first optical element having a parallel flat plate glass as a base, and configured to image light incident from the light entrance surface And the first main surface is larger than any of the other main surfaces of the plurality of optical elements, and the reinforcing member is accommodated inside the cutout. There is.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 of the optical unit according to the first embodiment. It is an exploded view of an optical unit of a 1st embodiment. It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the optical unit of 1st Embodiment. It is an exploded view for demonstrating the manufacturing method of the optical unit of 1st Embodiment. It is a perspective view of the joining wafer for demonstrating the manufacturing method of the optical unit of 1st Embodiment.
  • the endoscope optical unit 1 (hereinafter also referred to as “optical unit 1”) of the present embodiment is disposed at the distal end 3 A of the insertion portion 3 of the endoscope 9.
  • the endoscope 9 includes the insertion portion 3, the grip portion 4 disposed on the proximal end side of the insertion portion 3, the universal cord 4B extended from the grip portion 4, and the proximal end side of the universal cord 4B. And a connector 4C disposed on the The insertion portion 3 includes a distal end portion 3A in which the optical unit 1 is disposed, a bendable portion 3B extending to the base end side of the distal end portion 3A, and a curved portion 3B for changing the direction of the distal end portion 3A And a flexible portion 3C extended on the proximal side of 3B.
  • the light incident surface 10SA of the optical unit 1 is exposed to the end surface 3SA of the end portion 3A (see FIG. 3).
  • the grip portion 4 is provided with a pivoting angle knob 4A which is an operation portion for a surgeon to operate the bending portion 3B.
  • the universal cord 4B is connected to the processor 5A via the connector 4C.
  • the processor 5A controls the entire endoscope system 6, performs signal processing on an imaging signal output from the optical unit 1, and outputs an image signal.
  • the monitor 5B displays the image signal output by the processor 5A as an endoscopic image.
  • the endoscope 9 is a soft mirror, as long as it has a bending part, a rigid mirror may be used. That is, the flexible part and the like are not essential components of the endoscope of the embodiment.
  • the endoscope optical unit 1 is a laminate in which a plurality of optical elements 10 to 55 including an imaging device 50 are stacked. Although not shown, the plurality of optical elements 10 to 55 are bonded by a resin adhesive, for example, an ultraviolet curable resin, disposed between them.
  • a resin adhesive for example, an ultraviolet curable resin
  • the first optical element 10 disposed at the top of the laminate has a first major surface 10SA that is a light incident surface and a second major surface 10SB that faces the first major surface 10SA.
  • the optical element 10 based on parallel flat glass is a hybrid lens element in which a resin lens 11 of negative power is disposed on the second major surface 10SB.
  • the second optical element 20 is a spacer element having a through hole which is an optical path at the center.
  • the second optical element 20 made of silicon defines the distance between the first optical element 10 and the third optical element 30.
  • the third optical element 30 based on parallel flat glass is a hybrid lens element in which a resin lens 31 of positive power is disposed on the third major surface 30SA.
  • the fourth optical element 40 is an infrared cut filter element.
  • the fifth optical element 55 is a cover glass element 55 that protects the imaging element 50.
  • the imaging element 50 disposed at the lowermost part (last side) of the laminated body has a light receiving surface 50SA and a back surface 50SB facing the light receiving surface 50SA.
  • a light receiving unit 51 such as a CMOS light receiving element is formed on the light receiving surface 50SA.
  • On the back surface 50SB a plurality of electrodes 52 connected to the light receiving unit 51 via a through wire (not shown) are disposed.
  • the imaging element 50 receives a drive signal via a wire connected to each of the plurality of electrodes 52 and transmits an imaging signal.
  • the optical unit 1 is disposed such that the first main surface 10SA is exposed to the end surface 3SA of the end portion 3A of the endoscope 9.
  • the optical unit 1 is configured such that the plurality of optical elements 10 to 40 form the light incident from the light incident surface 10SA on the light receiving unit 51 of the imaging element 50.
  • the optical unit 1 also includes other optical elements such as a flare stop and an aperture stop. Further, the configuration of the optical unit is not limited to the configuration of the optical unit 1, and the configuration such as the number of resin lenses, spacers, and diaphragms may be appropriately selected according to the specifications.
  • the optical unit 1 has notches (recesses) on four side surfaces, and the first principal surface 10SA is a main surface of the other plural optical elements 20 to 50 by the cutout, for example, the light receiving surface 50SA of the imaging element 50 Greater than.
  • the notch is formed from the side surface of the imaging element 50 which is the rear end surface of the optical unit 1 to the middle of the side surface.
  • the reinforcing member 70 is accommodated inside the cutout of the side surface of the optical unit 1.
  • accommodation means that the entire reinforcing member 70 is located inside the notch, and the size (outside size) of all the cross sections in the direction orthogonal to the optical axis of the reinforcing member 70 is the first main surface. It means that it is less than the size of 10 SA.
  • the reinforcing member 70 completely fills the inside of the notch, and the size of all the cross sections of the reinforcing member 70 in the direction orthogonal to the optical axis is the same as that of the first main surface 10SA. It is.
  • the optical unit 1 in which the notch is filled with the reinforcing member 70 is a rectangular parallelepiped as in the optical unit in which the notch is not formed.
  • the optical unit 1 has an improved mechanical strength because the reinforcing member 70 made of, for example, an epoxy resin is disposed in the notch of the side surface.
  • the first main surface 10SA is as thin as 1 mm square, but even if stress is applied after being separated, there is no possibility that the bonding surface may be peeled or broken to be broken. Productivity is high. Further, since the reinforcing member 70 is accommodated in the notch, the optical unit 1 does not become thick due to the disposition on the outer periphery of the reinforcing member 70, and is extremely thin.
  • the notch is formed over the whole surface of a side, it is only small outside size.
  • the notch is not formed up to the first main surface of the first optical element 10.
  • the optical unit 1 is disposed such that only the first major surface 10SA of the first optical element 10 made of glass is exposed to the tip surface 3SA of the tip portion 3A of the endoscope 9.
  • only the side surface of the resin adhesive layer (not shown) bonding the optical elements 10 to 50 is sealed by the O-ring 3D (see FIG. 3) in contact with the side surface of the first optical element 10
  • the reinforcing member 70 is not exposed to the outside. For this reason, it is difficult for water vapor and the like to enter the optical path through the reinforcing member 70 or the interface between the reinforcing member 70 and the optical element. For this reason, the optical unit 1 is excellent in reliability.
  • the reinforcing member 70 in order to secure mechanical strength, it is preferable to use various hard materials, for example, materials having a Vickers hardness Hv of 5 GPa or more.
  • a metal material such as Cu, Ni or Au, or an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride may be used instead of the hard resin.
  • the reinforcing member 70 in order to prevent external light from entering the light path, it is particularly preferable to use a resin material or a metal material containing black particles as the reinforcing member 70.
  • the endoscope 9 having the optical unit 1 at the distal end 3A has a small diameter and high productivity.
  • the optical unit 1 is a wafer level manufactured by cutting and singulating a bonded wafer 60 W (see FIG. 8) in which a plurality of element wafers, each having a plurality of optical elements arranged in a matrix, are stacked and bonded. It is an optical unit.
  • the element wafer 10W in which the plurality of first optical elements 10 are arranged is manufactured by arranging the resin lens 11 having negative power on the second main surface 10SB of the parallel flat glass wafer as the base. Ru. It is preferable to use an energy curable resin for the resin lens 11.
  • the parallel flat glass wafer may be transparent in the wavelength band of light to be imaged, and for example, borosilicate glass, quartz glass, single crystal sapphire or the like is used.
  • crosslinking reaction or polymerization reaction proceeds by receiving energy such as heat, ultraviolet light, electron beam from the outside.
  • the curable resin is, for example, a transparent ultraviolet curable silicone resin, an epoxy resin, or an acrylic resin.
  • Transparent means that the light absorption and scattering of the material is low enough to withstand use in the used wavelength range.
  • An uncured, liquid or gel UV curable resin is disposed on a glass wafer, and in the state where a mold having a recess with a predetermined inner surface shape is pressed, the resin is cured by irradiating the UV light and curing the resin. 11 is produced.
  • the element wafer 20W in which the plurality of second optical elements 20 are arranged is manufactured, for example, by forming a plurality of through holes H20 in a silicon wafer by an etching method.
  • a spacer may be provided around the resin lens 11 using an energy curing resin at the same time.
  • the element wafer 30W on which the third optical element 30 is disposed is formed of a resin lens 31 having positive power on one surface (first main surface 30SA) of a parallel plate glass wafer in the same manner as the element wafer 10W. It is manufactured by arranging.
  • the element wafer 40W on which the filter as the fourth optical element 40 is disposed is a parallel flat wafer made of a filter material, but is considered to include a plurality of filter elements 40.
  • the element wafer 40W is a filter wafer made of an infrared cut material that removes unnecessary infrared rays (for example, light having a wavelength of 700 nm or more).
  • the filter wafer may be a flat glass wafer or the like on which a band pass filter for transmitting only light of a predetermined wavelength and cutting light of an unnecessary wavelength is disposed.
  • the imaging device wafer 50W made of a silicon wafer includes a plurality of imaging devices 50 in which the light receiving unit 51 and the like are formed on the light receiving surface 50SA by a known semiconductor manufacturing technology.
  • An electrode 52 connected to the light receiving unit 51 via a through wiring (not shown) is disposed on the back surface 50SB of each of the imaging elements 50.
  • the readout circuit may be formed on the imaging element wafer 50W.
  • the element wafer 55W on which the cover glass element which is the fifth optical element 55 is disposed is a parallel flat glass wafer, but is considered to include a plurality of cover glass elements.
  • the cover glass wafer 55W protecting the light receiving surface 50SA may be bonded via a transparent adhesive resin, and then the electrode 52 may be disposed on the back surface 50SB.
  • the element wafer 59W in which the element wafer 55W is disposed on the light receiving surface 50SA of the imaging element wafer 50W is manufactured.
  • a plurality of element wafers 10W to 59W are stacked and bonded to produce a bonded wafer 60W.
  • the plurality of element wafers 10W to 59W are bonded by a resin adhesive (not shown), for example, an ultraviolet curable resin.
  • the first main surface 10SA of the first element wafer 10W of the bonded wafer 60W is fixed to, for example, a dicing tape.
  • the groove T90 is formed in the bonded wafer 60W along the cutting line CL for singulation. That is, a groove T90 having an opening is formed on the back surface 50SB of the image sensor wafer 50W of the bonded wafer 60W.
  • the cutting line CL is a cutting line for dividing the bonded wafer 60W into the optical unit 1, and is formed of a plurality of lines orthogonal to each other.
  • the optical elements 10 to 50 are located in the area surrounded by the four cutting lines.
  • the groove T90 has a bottom surface in the first element wafer 10W stacked on the lowermost portion of the bonded wafer 60W by, for example, the first dicing blade 90 having a width W90 so that the opening width is W90. It is formed. For example, when the thickness of the first element wafer 10W is 200 ⁇ m, the groove T90 is formed to a position half the thickness of the first element wafer 10W.
  • the groove formation may be performed not by mechanical processing but by etching or the like.
  • the inside of the groove T90 of the bonded wafer 60W is filled with the reinforcement member 70W.
  • the epoxy resin is filled in the groove T90 by the inkjet method.
  • an epoxy resin which is a light shielding material in which carbon particles are dispersed can be filled in the inside of the groove T90.
  • a plating film is used as the reinforcing member 70W, copper or the like is disposed by via fill plating after the insulating layer such as SiO 2 and the base conductive film are disposed in the groove T90.
  • the back surface 50SB of the image sensor wafer 50W is covered in advance with a protective resist or the like.
  • the electrodes 52 of the back surface 50SB of the imaging device wafer 50W may be disposed simultaneously with the disposition of the reinforcing member 70W.
  • the bonded wafer 60W is cut along the cutting line CL, and the cutting margin (the portion lost due to the cutting) is W91, that is, the second W91 having a width W91. It is cut by the dicing blade 91 and separated into a plurality of optical units 1.
  • the width W91 of the cutting margin, which is a portion lost by the cutting, is smaller than the width W90 of the groove. Therefore, the cut surface of the bonded wafer 60W, that is, the side surface of the optical unit 1 is made of the cut surface of a part of the first element wafer 10W and the cut surface of the reinforcing member 70.
  • the cutting may use laser dicing or plasma dicing.
  • the plurality of optical elements 10 to 55 configured to form an image of light incident from the light incident surface 10SA are stacked, and the light incident surface is formed by the notch on the side surface. It is possible to efficiently manufacture an endoscope optical unit in which the reinforcing member 70 is accommodated (filled) inside the notch, where 10SA is larger than any major surface of other plural optical elements.
  • the manufacturing method of the present embodiment it is possible to efficiently manufacture the ultra-thin optical unit 1 whose mechanical strength is improved by the reinforcing member 70 and which is excellent in productivity. Moreover, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to efficiently manufacture the ultra-thin optical unit 1 in which the light shielding material is disposed on the side surface.
  • optical units 1A to 1C of modifications of the first embodiment will be described. Since the optical units 1A to 1C are similar to the optical unit 1 and have the same effect, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • an inorganic material or metal material made of silicon oxide or silicon nitride coated by a sputtering method, a CVD method, or a plating method has better mechanical strength than a resin material. For this reason, although the reinforcing member 70A does not fill the inside of the side notch, mechanical strength is secured.
  • the reinforcing member 70A preferably has a light shielding property.
  • the film thickness of the reinforcing member 70A is preferably 1 ⁇ m or more, and particularly preferably 5 ⁇ m or more. If it is more than the said range, mechanical strength is secured. Furthermore, when the film thickness of the reinforcing member 70A is 10 ⁇ m or more, the light shielding property is also secured.
  • the upper limit of the film thickness of the reinforcing member 70A is less than half the width W90 of the groove T90.
  • the bonding wafer 60WA is easier to cut than the bonding wafer 60W, and the optical unit 1A can arrange other members in the space where the reinforcing member 70A of the notch on the side surface is not filled.
  • the notch on the side has a depth of two steps.
  • the optical unit 1B forms a second groove whose width is narrower than the first groove and whose depth is deeper than the first groove, and then separated into pieces Manufactured by
  • the first groove may be formed which is wider than the second groove and shallower than the second groove.
  • the size of the light receiving surface 50SA of the imaging element 50 is less than the size of the second major surface 10SB of the first optical element 10.
  • the optical path area on the image sensor 50 side may be smaller than the area of the first major surface 10SA. For this reason, the notch which has a two-step depth can be formed. In the optical unit 1B, more other members can be disposed in the space where the notch reinforcing member 70B is not filled.
  • reinforcing members may be disposed on one side or three sides.
  • the optical unit may have a side surface chamfered by cutting or after cutting, and may have a polygonal prism shape such as a hexagonal cross section or a cylindrical shape. Further, even in the optical unit of these shapes, the reinforcing member does not have to be disposed on the entire side surface.
  • the endoscope optical unit 1D of the second embodiment is similar to the optical units 1 to 1C and has the same effect, so the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the endoscope optical unit 1D of the second embodiment is manufactured by bonding of the wafer level imaging optical system 2 and the imaging device unit 59B.
  • the bonding wafer does not include the element wafer 55W and the imaging element wafer 50W, which are cover glass wafers.
  • the imaging element unit 59B is manufactured by cutting the imaging element wafer 50W to which the element wafer 55W which is a cover glass wafer is adhered.
  • the optical unit 1D is manufactured by the wafer level imaging optical system 2 and the imaging device unit 59B which are both determined to be non-defective products by inspection. For this reason, since one of the products is a defective product, the bonded wafer level imaging optical system 2 and the image pickup device unit 59B are not wasted, so the optical unit 1D is less expensive and more efficient than the optical unit 1 etc. It can be produced.
  • the endoscope optical unit 1E of the third embodiment is similar to the optical units 1 to 1D and has the same effect, so the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the reinforcing member 70E is a lens frame made of, for example, a metal frame. That is, the reinforcing member 70E is a hollow prism, and a wafer level optical unit in which a notch is formed on the side surface in the hollow portion is inserted.
  • the reinforcing member 70E may be fixed to the wafer level optical unit by elastic force, or may be fixed via a resin adhesive layer.
  • the optical unit 1E is provided with a reinforcing member 70E whose side outer periphery is a lens frame for reinforcement and light shielding.
  • the thickness of the reinforcing member 70E is set equal to or less than the depth of the notch on the side surface. That is, since the reinforcing member 70E disposed on the side surface is accommodated in the inside of the notch, the optical unit 1E is extremely thin but has excellent mechanical strength.
  • the reinforcing member 70E can be accurately disposed at a predetermined position. That is, the notch is also used as an assembly standard of the reinforcing member 70E.
  • the endoscope having the optical units 1A to 1E at the tip has the effect of the endoscope 9 having the optical unit 1 and further has the effect of each of the optical units 1A to 1E. Not even until.

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Abstract

内視鏡用光学ユニットの製造方法は、複数の光学素子１０～５０をそれぞれが含む複数の光学素子ウエハ１０Ｗ～５０Ｗを積層し接合ウエハ６０Ｗを作製する工程と、接合ウエハ６０Ｗに、個片化のための切断線ＣＬに沿って溝Ｔ９０を形成する溝形成工程と、接合ウエハ６０Ｗを切断線ＣＬに沿って溝Ｔ９０の幅よりも狭い切りしろで、切断し個片化する切断工程と、を具備し、さらに、溝Ｔ９０に補強部材７０を配設する工程を具備する。

Description

内視鏡用光学ユニットの製造方法、内視鏡用光学ユニット、および内視鏡
　本発明は、複数の光学素子が積層された内視鏡用光学ユニットの製造方法、複数の光学素子が積層された内視鏡用光学ユニットおよび複数の光学素子が積層された内視鏡用光学ユニットを先端部に有する内視鏡に関する。
　内視鏡の先端部に配設される内視鏡用光学ユニットは、低侵襲化のため小型化、特に細径化が重要である。
　日本国特開２０１２－１８９９３号公報には、極細の光学ユニットを効率良く製造する方法として、ウエハレベル積層体からなる光学ユニットが開示されている。この光学ユニットは、それぞれが複数のレンズを含む複数のレンズウエハと複数の撮像素子を含む撮像素子ウエハとを積層した接合ウエハを切断し個片化することで作製されている。
　しかし、極細のウエハレベル積層体からなる光学ユニットは、機械的強度が高くはない。このため、個片化された後に応力が印加されると接合面が剥がれたり、折れたりして破損するおそれがあり、生産性が高くはなかった。
　また、光学ユニットは、外光の光路内への入射を防止するために、側面に遮光部材を配設することが好ましい。しかし、遮光部材の配設は、光学ユニットの極細化に逆行する。
特開２０１２－１８９９３号公報
　本発明の実施形態は、生産性の高い内視鏡用光学ユニットの製造方法、生産性の高い製造方法により製造された内視鏡用光学ユニット、および生産性の高い内視鏡用光学ユニットを具備する内視鏡を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態の内視鏡用光学ユニットの製造方法は、複数の光学素子をそれぞれが含む複数の光学素子ウエハを積層し接合ウエハを作製する工程と、前記接合ウエハに、個片化のための切断線に沿って溝を形成する溝形成工程と、前記接合ウエハを前記切断線に沿って前記溝の幅よりも狭い切りしろで、切断し個片化する切断工程と、を具備し、さらに、前記溝に補強部材を配設する工程を具備する。
　本発明の実施形態の内視鏡用光学ユニットは、入光面である第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、平行平板ガラスを基体とする第１の光学素子を含む、前記入光面から入射した光を結像するように構成されている複数の光学素子が積層されており、側面の切り欠きにより、前記第１の主面が、他の複数の光学素子のいずれの主面よりも大きく、前記切り欠きの内部に補強部材が収容されている。
　本発明の実施形態の内視鏡は、内視鏡用光学ユニットを挿入部の先端部に具備し、前記内視鏡用光学ユニットは、入光面である第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、平行平板ガラスを基体とする第１の光学素子を含む、前記入光面から入射した光を結像するように構成されている複数の光学素子が積層されており、側面の切り欠きにより、前記第１の主面が、他の複数の光学素子のいずれの主面よりも大きく、前記切り欠きの内部に補強部材が収容されている。
実施形態の内視鏡の斜視図である。 第１実施形態の光学ユニットの斜視図である。 第１実施形態の光学ユニットの図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光学ユニットの分解図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための分解図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための接合ウエハの斜視図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための溝形成工程の斜視図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための溝形成工程の断面図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための補強部材配設工程の断面図である。 第１実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための切断工程の断面図である。 第１実施形態の変形例１の光学ユニットの製造方法を説明するための切断工程の断面図である。 第１実施形態の変形例２の光学ユニットの断面図である。 第１実施形態の変形例３の光学ユニットの底面図である。 第２実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の光学ユニットの製造方法を説明するための斜視図である。
＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の内視鏡用光学ユニット１（以下、「光学ユニット１」ともいう。）は内視鏡９の挿入部３の先端部３Ａに配設される。
　なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示を省略する場合がある。
　内視鏡９は、挿入部３と、挿入部３の基端部側に配設された把持部４と、把持部４から延設されたユニバーサルコード４Ｂと、ユニバーサルコード４Ｂの基端部側に配設されたコネクタ４Ｃと、を具備する。挿入部３は、光学ユニット１が配設されている先端部３Ａと、先端部３Ａの基端側に延設された湾曲自在で先端部３Ａの方向を変えるための湾曲部３Ｂと、湾曲部３Ｂの基端側に延設された軟性部３Ｃとを含む。光学ユニット１は入光面１０ＳＡが、先端部３Ａの先端面３ＳＡに露出している（図３参照）。把持部４には術者が湾曲部３Ｂを操作するための操作部である回動するアングルノブ４Ａが配設されている。
　ユニバーサルコード４Ｂは、コネクタ４Ｃを介してプロセッサ５Ａに接続される。プロセッサ５Ａは内視鏡システム６の全体を制御するとともに、光学ユニット１が出力する撮像信号に信号処理を行い画像信号として出力する。モニタ５Ｂは、プロセッサ５Ａが出力する画像信号を内視鏡画像として表示する。なお、内視鏡９は軟性鏡であるが、湾曲部を有していれば硬性鏡でもよい。すなわち、軟性部等は実施形態の内視鏡の必須の構成要素ではない。
＜光学ユニットの構成＞
　図２～図４に示す様に、内視鏡用光学ユニット１は、撮像素子５０を含む複数の光学素子１０～５５が積層された積層体である。複数の光学素子１０～５５は、図示しないが、それぞれの間に配設した樹脂接着剤、例えば紫外線硬化型樹脂により接着されている。
　積層体の最上部に配置されている第１の光学素子１０は、入光面である第１の主面１０ＳＡと第１の主面１０ＳＡと対向する第２の主面１０ＳＢとを有する。平行平板ガラスを基体とする光学素子１０は第２の主面１０ＳＢに、負のパワーの樹脂レンズ１１が配設されているハイブリッドレンズ素子である。
　第２の光学素子２０は、中央に光路となる貫通孔のあるスペーサ素子である。例えば、シリコンからなる第２の光学素子２０は、第１の光学素子１０と第３の光学素子３０との距離を規定している。
　平行平板ガラスを基体とする第３の光学素子３０は、第３の主面３０ＳＡに正のパワーの樹脂レンズ３１が配設されているハイブリッドレンズ素子である。第４の光学素子４０は赤外線カットフィルタ素子である。
　第５の光学素子５５は撮像素子５０を保護するカバーガラス素子５５である。そして、積層体の最下部（最後方）に配置されている撮像素子５０は、受光面５０ＳＡと受光面５０ＳＡと対向する裏面５０ＳＢとを有する。受光面５０ＳＡにはＣＭＯＳ受光素子等の受光部５１が形成されている。裏面５０ＳＢには貫通配線（不図示）を介して受光部５１と接続されている複数の電極５２が配設されている。撮像素子５０は、複数の電極５２のそれぞれに接続された配線を介して駆動信号を受信し撮像信号を送信する。
　光学ユニット１は、第１の主面１０ＳＡが内視鏡９の先端部３Ａの先端面３ＳＡに露出するように配設される。そして、光学ユニット１は、複数の光学素子１０～４０は入光面１０ＳＡから入射した光を、撮像素子５０の受光部５１に結像するように構成されている。
　なお、図示しないが、光学ユニット１は、フレア絞りおよび明るさ絞り等の他の光学要素も具備している。また、光学ユニットの構成は、光学ユニット１の構成に限定されるものではなく、樹脂レンズ、スペーサおよび絞りの数等の構成は仕様に応じて適宜、選択される。
　光学ユニット１は、４側面に切り欠き（凹部）があり、切り欠きにより第１の主面１０ＳＡが他の複数の光学素子２０～５０のいずれの主面、例えば、撮像素子５０の受光面５０ＳＡよりも大きい。言い替えれば切り欠きは、光学ユニット１の後端面である撮像素子５０の側面から、第１の光学素子１０は側面の途中まで形成されている。
　そして、光学ユニット１の側面の切り欠きの内部には補強部材７０が収容されている。ここで、「収容」とは、補強部材７０の全体が切り欠きの内部に位置しており、補強部材７０の光軸直交方向の全ての断面の大きさ（外寸）が第１の主面１０ＳＡの大きさ以下であることを意味する。
　なお、光学ユニット１では、補強部材７０は切り欠きの内部を完全に充填しており、補強部材７０の光軸直交方向の全ての断面の大きさは、第１の主面１０ＳＡと同じ大きさである。切り欠きが補強部材７０で充填されている光学ユニット１は、切り欠きが形成されていない光学ユニットと同じように、直方体である。
　光学ユニット１は、例えば、エポキシ樹脂からなる補強部材７０が、側面の切り欠きに配設されているため、機械的強度が改善されている。光学ユニット１は、例えば第１の主面１０ＳＡが１ｍｍ角と極細であるが、個片化された後に応力が印加されても、接合面が剥がれたり、折れたりして破損するおそれがなく、生産性が高い。そして、補強部材７０は切り欠きに収容されているため、光学ユニット１は補強部材７０の外周への配設により太くなることがなく、極細である。
　なお、側面の全面にわたって切り欠きが形成されていると、それは単に外寸が小さいだけである。これに対して、光学ユニット１では、第１の光学素子１０の第１の主面までは切り欠きが形成されていない。そして、光学ユニット１は、ガラスからなる第１の光学素子１０の第１の主面１０ＳＡだけが内視鏡９の先端部３Ａの先端面３ＳＡに外部に露出するように配設される。例えば、第１の光学素子１０の側面に当接したＯリング３Ｄ（図３参照）により封止されるため、光学素子１０～５０を接着している樹脂接着層（不図示）の側面だけでなく、補強部材７０も、外部には露出しない。このため、補強部材７０または補強部材７０と光学素子との界面を介して、水蒸気等が光路内に進入しにくい。このため、光学ユニット１は信頼性に優れている。
　なお、補強部材７０としては、機械的強度を担保するために、各種の硬性材料、例えばビッカース硬度Ｈｖが５ＧＰａ以上の材料を用いることが好ましい。補強部材７０として、硬質樹脂に替えて、Ｃｕ、ＮｉもしくはＡｕ等の金属材料、または、酸化シリコンまたは窒化シリコン等の無機材料を用いてもよい。
　また、光路内への外光の進入を防止するため、補強部材７０として、黒色粒子を含む樹脂材料または金属材料を用いることが特に好ましい。
　そして、光学ユニット１を先端部３Ａに具備する内視鏡９は細径で、生産性が高いことは言うまでも無い。
＜光学ユニットの製造方法＞
　次に図５に示すフローチャートに沿って、実施形態の光学ユニットの製造方法を説明する。光学ユニット１は、それぞれに複数の光学素子がマトリックス状に配置されている複数の素子ウエハを積層し接着した接合ウエハ６０Ｗ（図８参照）を切断し個片化することで製造されるウエハレベル光学ユニットである。
＜ステップＳ１０＞ウエハ作製工程
　図６に示す様に、複数の光学素子１０～５１をそれぞれが含む複数の光学素子ウエハ１０Ｗ～５９Ｗが作製される。
　複数の第１の光学素子１０が配置されている素子ウエハ１０Ｗは、基体である平行平板ガラスウエハの第２の主面１０ＳＢに、負のパワーを有する樹脂レンズ１１を配設することで作製される。樹脂レンズ１１にはエネルギー硬化型樹脂を用いることが好ましい。平行平板ガラスウエハは、撮像する光の波長帯域において透明であればよく、例えば、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、または単結晶サファイア等を用いる。
　エネルギー硬化型樹脂は、外部から熱、紫外線、電子線などのエネルギーを受けることにより、架橋反応あるいは重合反応が進む。硬化型樹脂は、例えば透明な紫外線硬化型のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリル樹脂である。なお「透明」とは、使用波長範囲で使用に耐えうる程度に、材料の光吸収および散乱が少ないことを意味する。
　未硬化で液体状またはゲル状の紫外線硬化型樹脂をガラスウエハに配設し、所定の内面形状の凹部のある金型を押し当てた状態で、紫外線を照射し樹脂を硬化することで樹脂レンズ１１は作製される。なお、ガラスと樹脂の界面密着強度を向上させるために、樹脂配設前のガラスウエハにシランカップリング処理等を行うことが好ましい。樹脂レンズの外面形状は金型の内面形状が転写されるために、非球面レンズも容易に作製できる。
　複数の第２の光学素子２０が配置されている素子ウエハ２０Ｗは、例えばシリコンウエハにエッチング法により複数の貫通孔Ｈ２０を形成することで作製される。なお、素子ウエハ２０Ｗに替えて、例えば、素子ウエハ１０Ｗに樹脂レンズ１１を配設するときに、同時にエネルギー硬化型樹脂を用いて樹脂レンズ１１の周囲にスペーサを配設してもよい。
　第３の光学素子３０が配置されている素子ウエハ３０Ｗは、素子ウエハ１０Ｗと同様の方法で、平行平板ガラスウエハの一面（第１の主面３０ＳＡ）に、正のパワーを有する樹脂レンズ３１を配設することで作製される。
　第４の光学素子４０であるフィルタが配置されている素子ウエハ４０Ｗは、フィルタ材料からなる平行平板ウエハであるが、複数のフィルタ素子４０を含んでいると見なす。素子ウエハ４０Ｗは、不要な赤外線（例えば波長７００ｎｍ以上の光）を除去する赤外線カット材料からなるフィルタウエハである。なお、フィルタウエハとしては、所定波長の光だけを透過し、不要波長の光をカットするバンドパスフィルタが表面に配設されている平板ガラスウエハ等でもよい。
　シリコンウエハからなる撮像素子ウエハ５０Ｗには、公知の半導体製造技術により受光面５０ＳＡに受光部５１等が形成されている複数の撮像素子５０を含む。それぞれの撮像素子５０の裏面５０ＳＢには貫通配線（不図示）を介して受光部５１と接続されている電極５２が配設される。撮像素子ウエハ５０Ｗに読み出し回路が形成されていてもよい。
　第５の光学素子５５であるカバーガラス素子が配置されている素子ウエハ５５Ｗは、平行平板ガラスウエハであるが、複数のカバーガラス素子を含んでいると見なす。
　なお、撮像素子ウエハ５０Ｗは受光面５０ＳＡを保護するカバーガラスウエハ５５Ｗが透明接着樹脂を介して接着されてから、裏面５０ＳＢの電極５２の配設等が行われてもよい。この場合には、素子ウエハ５５Ｗが撮像素子ウエハ５０Ｗの受光面５０ＳＡに配設されている素子ウエハ５９Ｗが作製される。
＜ステップＳ１１＞接合ウエハ作製工程
　図７に示す様に、複数の素子ウエハ１０Ｗ～５９Ｗが積層され接着されて、接合ウエハ６０Ｗが作製される。複数の素子ウエハ１０Ｗ～５９Ｗは図示しない樹脂接着剤、例えば紫外線硬化型樹脂により接着される。
＜ステップＳ１２＞溝形成工程
　図８および図９に示す様に、接合ウエハ６０Ｗの第１の素子ウエハ１０Ｗの第１の主面１０ＳＡが、例えばダイシングテープに固定される。そして、個片化のための切断線ＣＬに沿って、接合ウエハ６０Ｗに溝Ｔ９０が形成される。すなわち、接合ウエハ６０Ｗの、撮像素子ウエハ５０Ｗの裏面５０ＳＢに開口のある溝Ｔ９０が形成される。
　なお、切断線ＣＬは、接合ウエハ６０Ｗを光学ユニット１に個片化するための切断線であり、互いに直交する複数の線からなる。周囲を４本の切断線で囲まれた領域に、それぞれ光学素子１０～５０が位置している。
　溝Ｔ９０は、開口幅がＷ９０となるように、例えば幅がＷ９０の第１のダイシングブレード９０により、接合ウエハ６０Ｗの最下部に積層されている第１の素子ウエハ１０Ｗ内に底面があるように形成される。例えば第１の素子ウエハ１０Ｗの厚さが２００μｍの場合、第１の素子ウエハ１０Ｗの厚さの半分の位置まで溝Ｔ９０が形成される。なお、溝形成は、機械的加工ではなく、エッチング法等により行ってもよい。
＜ステップＳ１３＞補強部材配設工程
　図１０に示す様に、接合ウエハ６０Ｗの溝Ｔ９０の内部に補強部材７０Ｗが充填される。例えば、エポキシ樹脂が、溝Ｔ９０にインクジェット法により充填される。また、カーボン粒子が分散された遮光材料であるエポキシ樹脂を溝Ｔ９０の内部に充填することもできる。補強部材７０Ｗとして、めっき膜を用いる場合には、溝Ｔ９０にＳｉＯ２等の絶縁層および下地導電膜を配設後に、ビアフィルめっき法により、銅等が配設される。この場合には、撮像素子ウエハ５０Ｗの裏面５０ＳＢは予め保護レジスト等で覆われる。補強部材７０Ｗを銅めっき膜により構成する場合には、撮像素子ウエハ５０Ｗの裏面５０ＳＢの電極５２の配設を補強部材７０Ｗの配設と同時に行ってもよい。
＜ステップＳ１４＞切断工程
　図１１に示す様に、接合ウエハ６０Ｗが、切断線ＣＬに沿って、切りしろ（cutting margin：切断によって失われてしまう部分）がＷ９１、すなわち幅がＷ９１の第２のダイシングブレード９１により切断され、複数の光学ユニット１に個片化される。切断により失われる部分である、切りしろの幅Ｗ９１は、溝の幅Ｗ９０よりも小さい。このため、接合ウエハ６０Ｗの切断面、すなわち、光学ユニット１の側面は、第１の素子ウエハ１０Ｗの一部の切断面および補強部材７０の切断面からなる。切断はレーザーダイシングまたはプラズマダイシングを用いてもよい。
　本実施形態の製造方法によれば、入光面１０ＳＡから入射した光を結像するように構成されている複数の光学素子１０～５５が積層されており、側面の切り欠きにより、入光面１０ＳＡが他の複数の光学素子のいずれの主面よりも大きく、切り欠きの内部に補強部材７０が収容（充填）されている内視鏡用光学ユニットを効率良く、製造できる。
　すなわち、本実施形態の製造方法によれば、補強部材７０により機械的強度が改善されており生産性に優れている極細の光学ユニット１を効率良く、製造できる。また、本実施形態の製造方法によれば、側面に遮光材料が配設されている極細の光学ユニット１を効率良く、製造できる。
＜第１実施形態の変形例＞
　次に第１実施形態の変形例の光学ユニット１Ａ～１Ｃについて説明する。光学ユニット１Ａ～１Ｃは、光学ユニット１と類似し同じ効果を有しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図１２に示す様に本変形例の光学ユニット１Ａでは、接合ウエハ６０ＷＡでは、補強部材７０ＷＡは、溝Ｔ９０の壁面にコーティングされており溝Ｔ９０の内部を完全には充填していない。
　例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、または、めっき法によりコーティングされた、酸化シリコン若しくは窒化シリコンからなる無機材料または金属材料は、樹脂材料よりも機械的強度が優れている。このため、補強部材７０Ａは側面の切り欠きの内部を充填していないが、機械的強度が担保されている。なお、補強部材７０Ａは、遮光性を有することが好ましい。
　補強部材７０Ａの膜厚は、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が特に好ましい。前記範囲以上であれば機械的強度が担保される。さらに、補強部材７０Ａの膜厚が、１０μｍ以上であれば遮光性も担保される。補強部材７０Ａの膜厚の上限は、溝Ｔ９０の幅Ｗ９０の半分未満である。
　接合ウエハ６０ＷＡは接合ウエハ６０Ｗよりも切断が容易であり、さらに、光学ユニット１Ａは側面の切り欠きの補強部材７０Ａが充填されていない空間に他部材を配設できる。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図１３に示す様に、光学ユニット１Ｂは、側面の切り欠きが２段階の深さを有する。光学ユニット１Ｂは、接合ウエハに第１の溝を形成した後に、幅が第１の溝よりも狭く、深さが第１の溝よりも深い第２の溝を形成し、個片化することで製造される。もちろん、接合ウエハに第２の溝を形成した後に、幅が第２の溝よりも広く、深さが第２の溝よりも浅い第１の溝を形成してもよい。
　光学ユニット１Ｂでは、撮像素子５０の受光面５０ＳＡの大きさが第１の光学素子１０の第２の主面１０ＳＢの大きさ未満である。
　広角系の光学ユニットにおいては、第１の主面１０ＳＡの面積に対して、撮像素子５０側の光路面積が小さくなることがある。このため、２段階の深さを有する切り欠きを形成できる。光学ユニット１Ｂでは、切り欠きの補強部材７０Bが充填されていない空間に、より多くの他部材を配設できる。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図１４の底面図（撮像素子５０の裏面５０ＳＢ）に示す様に、光学ユニット１Ｃでは、対向する２つの側面にだけ補強部材７０Ｃが配設されている。
　すなわち、機械的強度が担保されれば、光学ユニット１のように４側面の全てに補強部材が配設されている必要はない。また、光学ユニットは、１側面または３側面に補強部材が配設されていてもよい。
　なお、光学ユニットは、切断時または切断後の加工により、側面が面取りされ断面が六角形等の多角柱形状でもよいし、円柱形状でもよい。また、これらの形状の光学ユニットでも、側面の全面に補強部材が配設されている必要はない。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の内視鏡用光学ユニット１Ｄは、光学ユニット１～１Ｃと類似し同じ効果を有しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１５に示す様に、第２実施形態の内視鏡用光学ユニット１Ｄは、ウエハレベル撮像光学系２と、撮像素子ユニット５９Ｂとの接着により製造される。
　すなわち、光学ユニット１Ｄの製造方法においては、接合ウエハは、カバーガラスウエハである素子ウエハ５５Ｗおよび撮像素子ウエハ５０Ｗを含んでいない。また、撮像素子ユニット５９Ｂはカバーガラスウエハである素子ウエハ５５Ｗが接着された撮像素子ウエハ５０Ｗの切断により製造される。
　例えば、検査により共に良品と判定されたウエハレベル撮像光学系２と撮像素子ユニット５９Ｂとにより光学ユニット１Ｄは製造される。このため、一方が不良品であるために、接着されたウエハレベル撮像光学系２および撮像素子ユニット５９Ｂが無駄になることがないため、光学ユニット１Ｄは光学ユニット１等よりも低コストで効率良く生産できる。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態の内視鏡用光学ユニット１Ｅは、光学ユニット１～１Ｄと類似し同じ効果を有しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１６に示す様に、光学ユニット１Ｅでは補強部材７０Ｅは、例えば金属フレームからなるレンズ枠である。すなわち、補強部材７０Ｅは中空の角柱で、中空部に側面に切り欠きが形成されたウエハレベル光学ユニットが挿入される。補強部材７０Ｅはウエハレベル光学ユニットと弾性力により固定されていてもよいし、樹脂接着層を介して固定されていてもよい。
　光学ユニット１Ｅは、補強および遮光のために側面外周がレンズ枠である補強部材７０Ｅが配設されている。しかし、補強部材７０Ｅの厚さが、側面の切り欠きの深さ以下に設定されている。すなわち、側面に配設された補強部材７０Ｅが切り欠きの内部に収容されているため、光学ユニット１Ｅは極細であるが、機械的強度に優れている。
　また、切り欠きの先端面（第１の光学素子１０の溝の壁面）と、補強部材７０Ｅの先端とを当接することで、補強部材７０Ｅを所定位置に正確に配置することができる。すなわち、切り欠きは補強部材７０Ｅの組立基準としても利用される。
　なお、光学ユニット１Ａ～１Ｅを先端部に具備する内視鏡が、光学ユニット１を具備する内視鏡９の効果を有し、さらに、光学ユニット１Ａ～１Ｅのそれぞれの効果を有することは言うまでも無い。
　本発明は上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
１、１Ａ～１Ｅ・・・内視鏡用光学ユニット
９・・・内視鏡
１０、２０、３０、４０、５０、５５・・・光学素子
１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ、５５Ｗ・・・素子ウエハ
１１、３１・・・樹脂レンズ
６０Ｗ・・・接合ウエハ
７０・・・補強部材
９０、９１・・・ダイシングブレード

Claims (15)

  1. 　複数の光学素子をそれぞれが含む複数の光学素子ウエハを積層し接合ウエハを作製する工程と、
    　前記接合ウエハに、個片化のための切断線に沿って溝を形成する溝形成工程と、
    　前記接合ウエハを前記切断線に沿って前記溝の幅よりも狭い切りしろで、切断し個片化する切断工程と、を具備し、
    　さらに、前記溝に補強部材を配設する工程を具備することを特徴とする内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  2. 　前記接合ウエハの最下部に平行平板ガラスウエハを基体とする第１の光学素子ウエハが積層されており、
    　前記溝形成工程において形成される前記溝が、前記第１の光学素子ウエハ内に底面があることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  3. 　前記補強部材を配設する工程が、前記切断工程の前に行われる、前記接合ウエハの前記溝に前記補強部材を配設する工程であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  4. 　前記補強部材が、遮光材料からなることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  5. 　前記補強部材が、前記溝に充填された樹脂材料からなることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  6. 　前記補強部材が、前記溝の内面にコーティングされた無機材料膜またはめっき膜であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  7. 　前記接合ウエハの最上部に、複数の撮像素子を含む撮像素子ウエハが積層されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡用光学ユニットの製造方法。
  8. 　入光面である第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有している平行平板ガラスを基体とする第１の光学素子を含む、前記入光面から入射した光を結像するように構成されている複数の光学素子が積層されており、
    　側面の切り欠きにより、前記第１の主面が、他の複数の光学素子のいずれの主面よりも大きくなっており、
    　前記切り欠きの内部に補強部材が収容されていることを特徴とする内視鏡用光学ユニット。
  9. 　前記第１の主面が前記第２の主面よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡用光学ユニット。
  10. 　前記補強部材が、遮光材料からなることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡用光学ユニット。
  11. 　前記補強部材が、樹脂材料からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の内視鏡用光学ユニット。
  12. 　前記補強部材が、無機材料膜またはめっき膜からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の内視鏡用光学ユニット。
  13. 　前記複数の光学素子が結像した光を受光する受光部が前記受光面に形成された撮像素子が、更に積層されていることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の内視鏡用光学ユニット。
  14. 　前記撮像素子の前記受光面の大きさが前記第１の光学素子の前記第２の主面の大きさ未満であることを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡用光学ユニット。
  15. 　請求項７から請求項１４のいずれか１項に記載の内視鏡用光学ユニットを、挿入部の先端部に具備することを特徴とする内視鏡。
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