光学モジュールおよびその製造方法、並びに撮像装置
【課題】光学モジュールをＭＥＭＳ加工技術により製造可能に構成する。
【解決手段】基板１０と、基板１０の所定領域１１に直接作り込まれた光学素子２０と基板１０上に、光学素子２０の外周に沿って、直接形成された圧電素子３０とを備え、圧電素子３０が、基板１０の所定領域１１を変位させることにより、光学素子２０を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるように構成する。
【解決手段】基板１０と、基板１０の所定領域１１に直接作り込まれた光学素子２０と基板１０上に、光学素子２０の外周に沿って、直接形成された圧電素子３０とを備え、圧電素子３０が、基板１０の所定領域１１を変位させることにより、光学素子２０を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子とアクチュエータを備えた光学モジュールおよびＭＥＭＳ加工技術によるその製造方法に関するものである。また、さらには、その光学モジュールを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話で撮影した画像をそのまま電子メールに添付して送ることが出来るようなデジタルカメラ機能内蔵の電話機が販売されている。これら携帯電話のカメラ機能の多くはデジタルカメラと同じく、ＣＭＯＳセンサかＣＣＤセンサ等の固体撮像センサとレンズ、フィルター、絞り部材を１つのケースに組み込んで一体化した小型な撮像装置が用いられている。
【０００３】
こうした小型撮影装置は量産化、低コスト化がさらに進むと応用分野が一気に拡大していく可能性が高く、自動車、ホーム・セキュリティ、ゲーム機、カプセル内視鏡などへの応用が期待される。
【０００４】
撮像装置においては、撮像センサとレンズとの距離が焦点距離として重要であり、この距離を一定の間隔に保つ必要がある。通常のデジタルカメラにおいては、カメラ機構内に焦点距離調整のための伸縮手段が設けられているが、携帯電話用の小型モジュールの場合は、付属の機能であるカメラ機能に対して複雑な伸縮手段を設けることは費用、スペースの面から困難である。
【０００５】
そこで、小型撮影装置においては、一般に、圧電素子をアクチュエータとしてレンズホルダーを駆動させるよう構成された光学モジュールが採用されている。例えば特許文献１では、圧電素子、レンズホルダー等の各部品を組み立てて構成された光学モジュールおよびこれを備えた撮影装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような、各部品を組み立てて構成する光学モジュールは、組み立てが煩雑であり、コスト的に課題が残る。
【０００８】
一方、近年、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したデバイスをＭＥＭＳ（メムス、Micro Electro Mechanical Systems）加工技術で作製するという動きがある。ＭＥＭＳ加工技術を用いれば、光学モジュールをより安価に、小型に構成できる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＭＥＭＳ加工技術により製造可能な光学モジュールおよびその製造方法、ならびにその光学モジュールを備えた撮影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学モジュールは、基板と、該基板の所定領域に直接作り込まれた光学素子と、
該基板上に、前記光学素子の外周に沿って、直接形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子が、前記基板の前記所定領域を変位させることにより、前記光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであることを特徴とする。
【００１１】
ここで、「直接作り込まれた」、「直接形成された」とは、別途作製された光学素子や圧電素子を、基板上に配置して貼り付け等により一体的に構成したものを含まないことを意味する。従って、例えば、従来技術の欄の特許文献１に記載のような、光学素子、圧電素子などの各部品を個別に形成し、基板上に組み立てて構成された光学モジュールは本発明に含まれない。
【００１２】
前記圧電素子は、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記基板が、前記所定領域の該基板の裏面側に所定深さの開口を有するものである場合、前記リング型に形成されている前記上部電極層のリング外周径が、前記開口の開口径よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
前記光学素子は、レンズであってもよいし、ミラーであってもよい。
【００１５】
前記基板が、前記開口を備え、前記光学素子がレンズである場合、前記基板が、表面に酸化膜を備えたシリコン基板であり、前記開口が、前記所定領域の該基板の裏面側から前記酸化膜に至る深さの開口であり、前記光学素子が、前記シリコン基板の前記開口の前記酸化膜の表面および裏面から樹脂材料により該酸化膜を挟みこむようにして形成されたレンズであることが好ましい。
【００１６】
前記圧電素子が、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されているものであり、前記光学素子が、前記圧電体膜上の前記所定領域の中央領域に対応する領域に蒸着形成されたミラーである場合、前記上部電極層が、前記圧電体膜上に、前記ミラーの外周に沿って該ミラーと離間して配置されているものであることが好ましい。
【００１７】
本発明の光学モジュールの製造方法は、基板の表面に下部電極層を成膜し、
前記下部電極層上に圧電体膜を成膜し、
前記圧電体膜の所定領域の外周に沿って上部電極層をパターン形成し、
前記所定領域の前記圧電体膜および該圧電体膜下の前記下部電極層を除去して前記基板表面を露出させ、
前記基板の、前記所定領域に対応する領域を含む、該所定領域より広く、かつ前記上部電極層の外周内側となる領域を、該基板の裏面側からエッチング除去して、前記基板の一部に開口を設けて該一部を薄膜化し、
該基板の薄膜化された部分に、該部分を表面および裏面から樹脂部材で挟み込むようにして該部分および樹脂部材からなるレンズを作り込むことを特徴とする。この製造方法により、レンズと該レンズの外周に沿って配置された圧電素子とが基板に一体的に形成されてなる光学モジュールを製造することができる。
【００１８】
本発明の撮像装置は、本発明の光学モジュールにおいて、光学素子としてレンズを備えた光学モジュールを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光学モジュールによれば、基板に直接作り込まれた光学素子と圧電素子とを備え、圧電素子が、基板の所定領域を変位させることにより、光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであり、従来の、別途で作製された光学素子と、圧電素子とを基板上で組み立てて構成される光学モジュールと比較して、非常に小型に形成することができる。また、ＭＥＭＳ加工技術を利用した製造が可能であり、量産化、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
光学モジュールが光学素子としてレンズを備えたものであれば、レンズを光軸に沿って変位させたり、レンズの光軸を傾斜させたりすることができるので、撮像装置の焦点距離調整、手ぶれ補正機能等に好ましく利用することができる。
【００２１】
また、光学モジュールが光学素子としてミラーを備えたものであれば、ミラーの曲率を変位させたり、ミラーの反射光軸、反射波面形状を変化させたりすることができる。
【００２２】
本発明の撮影装置によれば、本発明の光学素子としてレンズを備えた光学モジュールを備えているため、限られた狭いスペース内に余分な構成をほとんど設けることなく焦点距離調整機能を付加することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の光学モジュールの構成を示す断面図
【図２】第１の実施形態の光学モジュールの構成を示す平面図
【図３】第１の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図４Ａ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その１）
【図４Ｂ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その２）
【図４Ｃ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その３）
【図４Ｄ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その４）
【図４Ｅ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その５）
【図５】第２の実施形態の光学モジュールの要部平面図
【図６】第２の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図７】第３の実施形態の光学モジュールの構成を示す断面図
【図８】第３の実施形態の光学モジュールの構成を示す平面図
【図９】第３の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図１０】第１または第２の実施形態の光学モジュールを備えた撮像装置の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
「第１の実施形態の光学モジュール」
図１および図２を参照して、本発明に係る第１実施形態の光学モジュールの構造について説明する。図１は光学モジュールの要部断面図、図２は光学モジュールの要部平面図である。また、図３は光学モジュールの駆動時の状態を示す断面図である。なお、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２５】
本実施形態の光学モジュール１は、基板１０の所定領域に作り込まれた光学素子としてのレンズ２０と、該レンズ２０の外周に沿って形成された圧電素子３０とを備えている。ここで、基板１０は、シリコン基板１０ａの表面に酸化膜１０ｂを備えたものであり、所定領域の裏面側には、酸化膜１０ｂを残す深さ（所定深さ）の開口１２が設けられており、この開口１２に、酸化膜１０ｂ（薄膜化された基板１０の一部）を挟みこむようにしてレンズ２０が形成されている。
【００２６】
レンズ２０は、酸化膜１０ｂおよびそれを挟み込み形成されたものであり、ＵＶ硬化型樹脂等で形成されている。ＵＶ硬化型樹脂としては、例えば、共栄化学社製ポリエチレングリコール４ＥＧ−Ａに、重合開始剤としてルシリンＴＰＯ−Ｌ：（ＢＡＳＦ社製）を添加したものを用いることが出来る。
【００２７】
圧電素子３０は、基板１０の表面に形成された下部電極層３１と、該下部電極層３１上に成膜された圧電体膜３２と、該圧電体膜３２上にパターン形成された上部電極層３３とから構成されており、圧電体膜３２に対して下部電極３１と上部電極３３とにより、その厚み方向に電界が印加される。図２に示すように、上部電極層３３は、レンズ２０の外周に沿った連続的なリング状にパターン形成されており、この上部電極層３３のパターン形状が圧電素子３０の形状に相当する。この圧電素子３０は、レンズ２０を、その光軸方向に変位駆動させるものであり、その変位量は圧電素子への印加電圧により制御することができる。
【００２８】
圧電体膜３２は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、レンズ光軸方向上向きに、あるいは下向きに反る内部応力が働く。圧電素子３０に電圧を印加する、すなわち上下電極層間に電圧を印加して圧電体膜３２に電界を加えることにより、図３に本実施形態の光学モジュール１の駆動時の状態を示すように、圧電体膜３２の反り（図３においては上に凸方向への反り）に伴って、レンズ２０を光軸Ａに沿って（図３においては上方）に変位させることができる。圧電体膜３２を上に凸、下に凸のいずれの方向に反るか、すなわちレンズを上方、下方のいずれに変位させるかは、印加電圧の正負により制御することができる。またその変位量は電圧の大きさにより制御することができる。
【００２９】
基板１０としては、上記の例に限るものではなく、シリコン，酸化シリコン，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），アルミナ，サファイヤ，ＳｉＣ，及びＳｒＴｉＯ３等、少なくとも薄膜化（例えば１０μｍ厚程度）としたときに、光透過性を示すものであればよく、レンズの屈折率を考慮して材料を選択すればよい。
【００３０】
下部電極層３１の組成は特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極層３３の組成は特に制限なく、下部電極層３１で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極層３１と上部電極層３３の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
圧電体膜３２としては、１０ｎｍ〜１００μｍの薄膜が好ましく、１００ｎｍ〜２０μｍの薄膜が特に好ましい。
【００３２】
圧電体膜３２の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、及びＰＬＤ法等の気相法；ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法；及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。
【００３３】
圧電体膜３２の組成は特に制限されず、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことが好ましい。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｋ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。◎
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｈｆ，及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。
Ｏ：酸素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００３４】
電気特性がより良好となることから、上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，及びＬｎ（＝ランタニド元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，及びＬｕ））等の金属イオンを、１種又は２種以上含むものであることが好ましい。
【００３５】
「第１実施形態の光学モジュールの製造方法」
次に、図面を参照して、上記第１実施形態の光学モジュールの製造方法の例について説明する。図４Ａ〜図４Ｆは、第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図である。
【００３６】
はじめに、シリコン基板１０ａを用意し、シリコン基板１０ａを長時間熱酸化させることにより、表面に１０μｍ厚程度の熱酸化膜１０ｂ（以下において、ＳｉＯ2膜１０ｂ）を形成する（図４Ａ参照）。
【００３７】
ＳｉＯ2膜１０ｂ上に下部電極層３１（たとえは、Ｔｉ／Ｐｔ）、圧電体膜３２（例えば、５μｍ厚のＰＺＴ膜）をスパッタ法により成膜する（図４Ｂ参照）。
【００３８】
次に、図４Ｃに示すように、リソグラフィとスパッタ法により、圧電体膜３２の上にリング状の上部電極層３３をパターン形成する。上部電極層３３は、圧電体膜３２上の上部電極層３３の非形成領域にレジストマスクを形成した後、上部電極層３３の材料を成膜し、リフトオフ法により、レジストマスクおよびこの上に形成された上部電極材料を除去することにより形成することができる。
【００３９】
次に、図４Ｄに示すように、リング状の上部電極層３３の内側の領域（所定領域）１１の圧電体膜３２および下部電極層３１をドライエッチングにより除去して、ＳｉＯ2膜１０ｂの表面を露出させる。
【００４０】
さらに、図４Ｅに示すように、基板１０の圧電素子が形成されていない面（裏面）側から、ボッシュ法によりＳｉＯ２膜１０ｂの裏面が露出する深さまでエッチング除去して、開口１２を形成する。開口１２は、圧電体膜３２および下部電極層３１が除去された所定領域１１に対向する領域に形成され、該所定領域１１以上、かつ、上部電極層３３のリング外周３３ａより狭い外周１２ａを有するものとなるように形成する。開口の外周１２ａを上部電極のリング外周３３ａより小さくすることが、変位量を上げるためには好ましい。しかしながら、開口はレンズが形成可能な程度であればよく、所定領域１１とほぼ同等の領域が開口していればよい。所定領域１１の開口径サイズはφ１００μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００４１】
最後に、ＵＶ硬化型樹脂２０ａ、２０ｂを透明な金型で、所定領域１１および開口１２において表面および裏面が露出されたＳｉＯ２膜の上下から挟み込みＵＶを照射し、レンズ２０を形成する（図１参照）。レンズの形成方法としては、例えば、特表2006-519711に記載の方法を採用することができる。
【００４２】
以上のように、ＭＥＭＳ加工技術と薄膜圧電成膜技術を用いることにより、光学モジュールを容易に製造することができる。なお、第１実施形態の光学モジュールの製造方法は、ここに記載のプロセスに限定されず、適宜変更可能である。
【００４３】
本実施形態の光学モジュールは例えば、上記のような製造方法により、非常に小型に、例えば５ｍｍ角程度に形成することができる。また、上記製造方法によりウエハ単位で複数の素子を同時に製造し、最後に個片化することにより、量産化、低コスト化を実現することができる。
【００４４】
「第２の実施形態の光学モジュール」
第２の実施形態の光学モジュール２について説明する。図５は光学モジュール２の要部平面図、図６は光学モジュール２の駆動時の状態を示す断面図である。
第２の実施形態の光学モジュール２は、上部電極層の形状が第１の実施形態の光学モジュール１と異なるが、その他の構成は同様である。図面において、第１の実施形態の光学モジュール１と同一の構成のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本光学モジュール２の上部電極層３３’は、複数の電極３３Ａ〜３３Ｄにより断続的なリング状に形成されている。各電極３３Ａ〜３３Ｄは個別に制御可能となっており、図６に示すように、例えば電極３３Ｄにのみ電圧を印加することにより、レンズの光軸ＡをＡ’へと傾斜させることができる。電極３３Ａ〜３３Ｄに選択的に電圧を印加することにより、光軸を所望の方向へ傾けることができ、全ての電極３３Ａ〜３３Ｄに同時に同一の電圧を印加することにより、第１の実施形態の光学モジュール１の場合と同様に、レンズを光軸に沿った上下方向に変位させることもできる。
【００４６】
本実施形態の光学モジュール２は、第１の実施形態の光学モジュール１と同様の製造方法により製造することができる。
【００４７】
「第３の実施形態の光学モジュール」
第３の実施形態の光学モジュール３について説明する。図７は光学モジュール３の要部平面図、図８は光学モジュール３の要部断面図、図９は光学モジュール３の駆動時の状態を示す断面図である。
【００４８】
本実施形態の光学モジュール３は、可変曲率ミラーデバイスであり、基板５０の所定領域に作り込まれた光学素子としてのミラー６０と、該ミラー６０の外周に沿って形成された圧電素子３０とを備えている。
【００４９】
ここで、基板５０は、シリコン基板５０ａ上にＳｉＯ２膜５０ｂとＳｉ活性層５０ｃとが順次積層された積層基板（ＳＯＩ基板）５０であり、ミラー６０が設けられている領域（所定領域）の裏面側には、ＳｉＯ2膜５０ｂおよびＳｉ活性層５０ｃを残す深さ（所定深さ）の開口１２が設けられている。
【００５０】
圧電素子３０は、基板５０のＳｉ活性層５０ｃ表面に形成された下部電極層３１と、該下部電極層３１上に成膜された圧電体膜３２と、該圧電体膜３２上にパターン形成された上部電極層３３とから構成されており、圧電体膜３２に対して下部電極３１と上部電極３３とにより、その厚み方向に電界が印加される。図７に示すように、上部電極層３３は、ミラー６０と離間し、かつその外周に沿った連続的なリング状にパターン形成されており、この上部電極層３３のパターン形状が圧電素子３０の形状に相当する。この圧電素子３０は、ミラー６０の曲率を変化させるものであり、その曲率の変化量は圧電素子への印加電圧により制御することができる。
【００５１】
ミラー６０は、圧電体膜３２上の所定領域に形成されている。ミラー６０の材料としては、反射率の高い銀やアルミなどの金属材料が好適である。上部電極層３３と同一材料で構成し、上部電極層の形成工程時に同時に形成するのが好ましい。
【００５２】
圧電素子３０の圧電体膜３２は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、ミラー６０が形成されている領域を上に凸、あるいは下に凸に変化させる内部応力が働く。圧電素子３０に電圧を印加する、すなわち上下電極層間に電圧を印加して圧電体膜３２に電界を加えることにより、図９に本実施形態の光学モジュール１の駆動時の状態を示すように、例えば、下に凸に変位させることができる。
【００５３】
このような可変曲率ミラーは、例えば、大気のゆらぎなどにより乱れた光波面を修正する補償光学系として天文分野や眼底検査、顕微鏡観察などへの応用が考えられる。
【００５４】
なお、光学素子としてミラーを備えた光モジュールの場合も、上部電極層を、第２の実施形態の光モジュールの場合と同様に複数の電極からなる断続的なリング状に形成してもよい。複数の電極に選択的に電圧を印加させることにより、曲率のみならず、光軸を傾斜させることができる。
【００５５】
このような第３の実施形態の光学モジュールも、第１および第２の実施形態の光モジュールと同様の製造方法により、すなわち、ＭＥＭＳ加工技術と薄膜圧電成膜技術を用いて製造することができる。
【００５６】
以上、説明した第１〜第３の実施形態の光学モジュールは、アレイ状にも容易に作製することが可能であり、光学素子としてレンズを備えた場合には可動型マイクロレンズアレイ、光学素子としてミラーを備えた場合にはＤＭＤ(デジタルミラーデバイス)などとしての応用が考えられる。
【００５７】
「撮像装置」
上記第１の実施形態の光学モジュール１を備えた撮影装置５について説明する。図１０は本実施形態の撮影装置５の概略構成を示す断面図である。
【００５８】
撮影装置５は、光学モジュール１と、撮像センサとしてＣＭＯＳセンサ８１とインターポーザ８２を含む撮影センサ部８と、回路基板９とから構成される。ＣＭＯＳセンサ８１がレンズ２０に対向して配置され、ＣＭＯＳセンサ８１は埋め込み電極８３を介して回路基板９の回路と接続している。
【００５９】
撮影装置５は、光学モジュールウエハ、撮影センサ部ウエハ、回路基板ウエハをそれぞれ作製し、それらを位置決め積層して接合した後に、個片化することにより、個々のサイズが５ｍｍ角程度のものとして製造することができる。光学モジュールウエハの製造方法は第１の実施形態の光モジュールの製造方法のとおりである。
【００６０】
撮影装置５は、光学モジュール１を備え、光学モジュール１において圧電素子３０を駆動することによりレンズを光軸方向に変位することができるので、焦点距離調整が可能となっている。なお、光学モジュール１に代えて、第２の実施形態の光学モジュール２を備えれば、さらにレンズの光軸を傾斜することもできるため、手振れ補正機能を付加することもできる。
【００６１】
既存の携帯電話搭載撮影装置は、１ｃｍ角程度の大きさであり、本発明の撮影装置によれば格段にサイズを縮小することができる。また、製造も容易であり、量産性、歩留まりの向上に伴いコストを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２、３ 光学モジュール
５ 撮影装置
８ 撮影センサ部
９ 回路基板
１０ 基板
１０ａ シリコン基板
１０ｂ 酸化膜
１１ 所定領域
１２ 開口
１２ａ 開口の外周
２０ レンズ（光学素子）
２０ａ、２０ｂ 熱可塑性樹脂
３０ 圧電素子
３１ 下部電極層
３２ 圧電体膜
３３ 上部電極層
３３Ａ-３３Ｄ 上部電極
３３ａ リング外周
５０ 基板
５０ａ シリコン基板
５０ｂ ＳｉＯ2膜
５０ｃ Ｓｉ活性層
６０ ミラー（光学素子）
８１ 撮像センサ
８２ インターポーザ
８３ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子とアクチュエータを備えた光学モジュールおよびＭＥＭＳ加工技術によるその製造方法に関するものである。また、さらには、その光学モジュールを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話で撮影した画像をそのまま電子メールに添付して送ることが出来るようなデジタルカメラ機能内蔵の電話機が販売されている。これら携帯電話のカメラ機能の多くはデジタルカメラと同じく、ＣＭＯＳセンサかＣＣＤセンサ等の固体撮像センサとレンズ、フィルター、絞り部材を１つのケースに組み込んで一体化した小型な撮像装置が用いられている。
【０００３】
こうした小型撮影装置は量産化、低コスト化がさらに進むと応用分野が一気に拡大していく可能性が高く、自動車、ホーム・セキュリティ、ゲーム機、カプセル内視鏡などへの応用が期待される。
【０００４】
撮像装置においては、撮像センサとレンズとの距離が焦点距離として重要であり、この距離を一定の間隔に保つ必要がある。通常のデジタルカメラにおいては、カメラ機構内に焦点距離調整のための伸縮手段が設けられているが、携帯電話用の小型モジュールの場合は、付属の機能であるカメラ機能に対して複雑な伸縮手段を設けることは費用、スペースの面から困難である。
【０００５】
そこで、小型撮影装置においては、一般に、圧電素子をアクチュエータとしてレンズホルダーを駆動させるよう構成された光学モジュールが採用されている。例えば特許文献１では、圧電素子、レンズホルダー等の各部品を組み立てて構成された光学モジュールおよびこれを備えた撮影装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような、各部品を組み立てて構成する光学モジュールは、組み立てが煩雑であり、コスト的に課題が残る。
【０００８】
一方、近年、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したデバイスをＭＥＭＳ（メムス、Micro Electro Mechanical Systems）加工技術で作製するという動きがある。ＭＥＭＳ加工技術を用いれば、光学モジュールをより安価に、小型に構成できる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＭＥＭＳ加工技術により製造可能な光学モジュールおよびその製造方法、ならびにその光学モジュールを備えた撮影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学モジュールは、基板と、該基板の所定領域に直接作り込まれた光学素子と、
該基板上に、前記光学素子の外周に沿って、直接形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子が、前記基板の前記所定領域を変位させることにより、前記光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであることを特徴とする。
【００１１】
ここで、「直接作り込まれた」、「直接形成された」とは、別途作製された光学素子や圧電素子を、基板上に配置して貼り付け等により一体的に構成したものを含まないことを意味する。従って、例えば、従来技術の欄の特許文献１に記載のような、光学素子、圧電素子などの各部品を個別に形成し、基板上に組み立てて構成された光学モジュールは本発明に含まれない。
【００１２】
前記圧電素子は、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記基板が、前記所定領域の該基板の裏面側に所定深さの開口を有するものである場合、前記リング型に形成されている前記上部電極層のリング外周径が、前記開口の開口径よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
前記光学素子は、レンズであってもよいし、ミラーであってもよい。
【００１５】
前記基板が、前記開口を備え、前記光学素子がレンズである場合、前記基板が、表面に酸化膜を備えたシリコン基板であり、前記開口が、前記所定領域の該基板の裏面側から前記酸化膜に至る深さの開口であり、前記光学素子が、前記シリコン基板の前記開口の前記酸化膜の表面および裏面から樹脂材料により該酸化膜を挟みこむようにして形成されたレンズであることが好ましい。
【００１６】
前記圧電素子が、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されているものであり、前記光学素子が、前記圧電体膜上の前記所定領域の中央領域に対応する領域に蒸着形成されたミラーである場合、前記上部電極層が、前記圧電体膜上に、前記ミラーの外周に沿って該ミラーと離間して配置されているものであることが好ましい。
【００１７】
本発明の光学モジュールの製造方法は、基板の表面に下部電極層を成膜し、
前記下部電極層上に圧電体膜を成膜し、
前記圧電体膜の所定領域の外周に沿って上部電極層をパターン形成し、
前記所定領域の前記圧電体膜および該圧電体膜下の前記下部電極層を除去して前記基板表面を露出させ、
前記基板の、前記所定領域に対応する領域を含む、該所定領域より広く、かつ前記上部電極層の外周内側となる領域を、該基板の裏面側からエッチング除去して、前記基板の一部に開口を設けて該一部を薄膜化し、
該基板の薄膜化された部分に、該部分を表面および裏面から樹脂部材で挟み込むようにして該部分および樹脂部材からなるレンズを作り込むことを特徴とする。この製造方法により、レンズと該レンズの外周に沿って配置された圧電素子とが基板に一体的に形成されてなる光学モジュールを製造することができる。
【００１８】
本発明の撮像装置は、本発明の光学モジュールにおいて、光学素子としてレンズを備えた光学モジュールを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光学モジュールによれば、基板に直接作り込まれた光学素子と圧電素子とを備え、圧電素子が、基板の所定領域を変位させることにより、光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであり、従来の、別途で作製された光学素子と、圧電素子とを基板上で組み立てて構成される光学モジュールと比較して、非常に小型に形成することができる。また、ＭＥＭＳ加工技術を利用した製造が可能であり、量産化、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
光学モジュールが光学素子としてレンズを備えたものであれば、レンズを光軸に沿って変位させたり、レンズの光軸を傾斜させたりすることができるので、撮像装置の焦点距離調整、手ぶれ補正機能等に好ましく利用することができる。
【００２１】
また、光学モジュールが光学素子としてミラーを備えたものであれば、ミラーの曲率を変位させたり、ミラーの反射光軸、反射波面形状を変化させたりすることができる。
【００２２】
本発明の撮影装置によれば、本発明の光学素子としてレンズを備えた光学モジュールを備えているため、限られた狭いスペース内に余分な構成をほとんど設けることなく焦点距離調整機能を付加することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の光学モジュールの構成を示す断面図
【図２】第１の実施形態の光学モジュールの構成を示す平面図
【図３】第１の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図４Ａ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その１）
【図４Ｂ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その２）
【図４Ｃ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その３）
【図４Ｄ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その４）
【図４Ｅ】第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図（その５）
【図５】第２の実施形態の光学モジュールの要部平面図
【図６】第２の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図７】第３の実施形態の光学モジュールの構成を示す断面図
【図８】第３の実施形態の光学モジュールの構成を示す平面図
【図９】第３の実施形態の光学モジュール駆動時の状態を示す断面図
【図１０】第１または第２の実施形態の光学モジュールを備えた撮像装置の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
「第１の実施形態の光学モジュール」
図１および図２を参照して、本発明に係る第１実施形態の光学モジュールの構造について説明する。図１は光学モジュールの要部断面図、図２は光学モジュールの要部平面図である。また、図３は光学モジュールの駆動時の状態を示す断面図である。なお、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２５】
本実施形態の光学モジュール１は、基板１０の所定領域に作り込まれた光学素子としてのレンズ２０と、該レンズ２０の外周に沿って形成された圧電素子３０とを備えている。ここで、基板１０は、シリコン基板１０ａの表面に酸化膜１０ｂを備えたものであり、所定領域の裏面側には、酸化膜１０ｂを残す深さ（所定深さ）の開口１２が設けられており、この開口１２に、酸化膜１０ｂ（薄膜化された基板１０の一部）を挟みこむようにしてレンズ２０が形成されている。
【００２６】
レンズ２０は、酸化膜１０ｂおよびそれを挟み込み形成されたものであり、ＵＶ硬化型樹脂等で形成されている。ＵＶ硬化型樹脂としては、例えば、共栄化学社製ポリエチレングリコール４ＥＧ−Ａに、重合開始剤としてルシリンＴＰＯ−Ｌ：（ＢＡＳＦ社製）を添加したものを用いることが出来る。
【００２７】
圧電素子３０は、基板１０の表面に形成された下部電極層３１と、該下部電極層３１上に成膜された圧電体膜３２と、該圧電体膜３２上にパターン形成された上部電極層３３とから構成されており、圧電体膜３２に対して下部電極３１と上部電極３３とにより、その厚み方向に電界が印加される。図２に示すように、上部電極層３３は、レンズ２０の外周に沿った連続的なリング状にパターン形成されており、この上部電極層３３のパターン形状が圧電素子３０の形状に相当する。この圧電素子３０は、レンズ２０を、その光軸方向に変位駆動させるものであり、その変位量は圧電素子への印加電圧により制御することができる。
【００２８】
圧電体膜３２は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、レンズ光軸方向上向きに、あるいは下向きに反る内部応力が働く。圧電素子３０に電圧を印加する、すなわち上下電極層間に電圧を印加して圧電体膜３２に電界を加えることにより、図３に本実施形態の光学モジュール１の駆動時の状態を示すように、圧電体膜３２の反り（図３においては上に凸方向への反り）に伴って、レンズ２０を光軸Ａに沿って（図３においては上方）に変位させることができる。圧電体膜３２を上に凸、下に凸のいずれの方向に反るか、すなわちレンズを上方、下方のいずれに変位させるかは、印加電圧の正負により制御することができる。またその変位量は電圧の大きさにより制御することができる。
【００２９】
基板１０としては、上記の例に限るものではなく、シリコン，酸化シリコン，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），アルミナ，サファイヤ，ＳｉＣ，及びＳｒＴｉＯ３等、少なくとも薄膜化（例えば１０μｍ厚程度）としたときに、光透過性を示すものであればよく、レンズの屈折率を考慮して材料を選択すればよい。
【００３０】
下部電極層３１の組成は特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極層３３の組成は特に制限なく、下部電極層３１で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極層３１と上部電極層３３の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
圧電体膜３２としては、１０ｎｍ〜１００μｍの薄膜が好ましく、１００ｎｍ〜２０μｍの薄膜が特に好ましい。
【００３２】
圧電体膜３２の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、及びＰＬＤ法等の気相法；ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法；及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。
【００３３】
圧電体膜３２の組成は特に制限されず、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことが好ましい。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｋ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。◎
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｈｆ，及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。
Ｏ：酸素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００３４】
電気特性がより良好となることから、上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，及びＬｎ（＝ランタニド元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，及びＬｕ））等の金属イオンを、１種又は２種以上含むものであることが好ましい。
【００３５】
「第１実施形態の光学モジュールの製造方法」
次に、図面を参照して、上記第１実施形態の光学モジュールの製造方法の例について説明する。図４Ａ〜図４Ｆは、第１の実施形態の光学モジュールの製造工程を示す断面図である。
【００３６】
はじめに、シリコン基板１０ａを用意し、シリコン基板１０ａを長時間熱酸化させることにより、表面に１０μｍ厚程度の熱酸化膜１０ｂ（以下において、ＳｉＯ2膜１０ｂ）を形成する（図４Ａ参照）。
【００３７】
ＳｉＯ2膜１０ｂ上に下部電極層３１（たとえは、Ｔｉ／Ｐｔ）、圧電体膜３２（例えば、５μｍ厚のＰＺＴ膜）をスパッタ法により成膜する（図４Ｂ参照）。
【００３８】
次に、図４Ｃに示すように、リソグラフィとスパッタ法により、圧電体膜３２の上にリング状の上部電極層３３をパターン形成する。上部電極層３３は、圧電体膜３２上の上部電極層３３の非形成領域にレジストマスクを形成した後、上部電極層３３の材料を成膜し、リフトオフ法により、レジストマスクおよびこの上に形成された上部電極材料を除去することにより形成することができる。
【００３９】
次に、図４Ｄに示すように、リング状の上部電極層３３の内側の領域（所定領域）１１の圧電体膜３２および下部電極層３１をドライエッチングにより除去して、ＳｉＯ2膜１０ｂの表面を露出させる。
【００４０】
さらに、図４Ｅに示すように、基板１０の圧電素子が形成されていない面（裏面）側から、ボッシュ法によりＳｉＯ２膜１０ｂの裏面が露出する深さまでエッチング除去して、開口１２を形成する。開口１２は、圧電体膜３２および下部電極層３１が除去された所定領域１１に対向する領域に形成され、該所定領域１１以上、かつ、上部電極層３３のリング外周３３ａより狭い外周１２ａを有するものとなるように形成する。開口の外周１２ａを上部電極のリング外周３３ａより小さくすることが、変位量を上げるためには好ましい。しかしながら、開口はレンズが形成可能な程度であればよく、所定領域１１とほぼ同等の領域が開口していればよい。所定領域１１の開口径サイズはφ１００μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００４１】
最後に、ＵＶ硬化型樹脂２０ａ、２０ｂを透明な金型で、所定領域１１および開口１２において表面および裏面が露出されたＳｉＯ２膜の上下から挟み込みＵＶを照射し、レンズ２０を形成する（図１参照）。レンズの形成方法としては、例えば、特表2006-519711に記載の方法を採用することができる。
【００４２】
以上のように、ＭＥＭＳ加工技術と薄膜圧電成膜技術を用いることにより、光学モジュールを容易に製造することができる。なお、第１実施形態の光学モジュールの製造方法は、ここに記載のプロセスに限定されず、適宜変更可能である。
【００４３】
本実施形態の光学モジュールは例えば、上記のような製造方法により、非常に小型に、例えば５ｍｍ角程度に形成することができる。また、上記製造方法によりウエハ単位で複数の素子を同時に製造し、最後に個片化することにより、量産化、低コスト化を実現することができる。
【００４４】
「第２の実施形態の光学モジュール」
第２の実施形態の光学モジュール２について説明する。図５は光学モジュール２の要部平面図、図６は光学モジュール２の駆動時の状態を示す断面図である。
第２の実施形態の光学モジュール２は、上部電極層の形状が第１の実施形態の光学モジュール１と異なるが、その他の構成は同様である。図面において、第１の実施形態の光学モジュール１と同一の構成のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本光学モジュール２の上部電極層３３’は、複数の電極３３Ａ〜３３Ｄにより断続的なリング状に形成されている。各電極３３Ａ〜３３Ｄは個別に制御可能となっており、図６に示すように、例えば電極３３Ｄにのみ電圧を印加することにより、レンズの光軸ＡをＡ’へと傾斜させることができる。電極３３Ａ〜３３Ｄに選択的に電圧を印加することにより、光軸を所望の方向へ傾けることができ、全ての電極３３Ａ〜３３Ｄに同時に同一の電圧を印加することにより、第１の実施形態の光学モジュール１の場合と同様に、レンズを光軸に沿った上下方向に変位させることもできる。
【００４６】
本実施形態の光学モジュール２は、第１の実施形態の光学モジュール１と同様の製造方法により製造することができる。
【００４７】
「第３の実施形態の光学モジュール」
第３の実施形態の光学モジュール３について説明する。図７は光学モジュール３の要部平面図、図８は光学モジュール３の要部断面図、図９は光学モジュール３の駆動時の状態を示す断面図である。
【００４８】
本実施形態の光学モジュール３は、可変曲率ミラーデバイスであり、基板５０の所定領域に作り込まれた光学素子としてのミラー６０と、該ミラー６０の外周に沿って形成された圧電素子３０とを備えている。
【００４９】
ここで、基板５０は、シリコン基板５０ａ上にＳｉＯ２膜５０ｂとＳｉ活性層５０ｃとが順次積層された積層基板（ＳＯＩ基板）５０であり、ミラー６０が設けられている領域（所定領域）の裏面側には、ＳｉＯ2膜５０ｂおよびＳｉ活性層５０ｃを残す深さ（所定深さ）の開口１２が設けられている。
【００５０】
圧電素子３０は、基板５０のＳｉ活性層５０ｃ表面に形成された下部電極層３１と、該下部電極層３１上に成膜された圧電体膜３２と、該圧電体膜３２上にパターン形成された上部電極層３３とから構成されており、圧電体膜３２に対して下部電極３１と上部電極３３とにより、その厚み方向に電界が印加される。図７に示すように、上部電極層３３は、ミラー６０と離間し、かつその外周に沿った連続的なリング状にパターン形成されており、この上部電極層３３のパターン形状が圧電素子３０の形状に相当する。この圧電素子３０は、ミラー６０の曲率を変化させるものであり、その曲率の変化量は圧電素子への印加電圧により制御することができる。
【００５１】
ミラー６０は、圧電体膜３２上の所定領域に形成されている。ミラー６０の材料としては、反射率の高い銀やアルミなどの金属材料が好適である。上部電極層３３と同一材料で構成し、上部電極層の形成工程時に同時に形成するのが好ましい。
【００５２】
圧電素子３０の圧電体膜３２は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、ミラー６０が形成されている領域を上に凸、あるいは下に凸に変化させる内部応力が働く。圧電素子３０に電圧を印加する、すなわち上下電極層間に電圧を印加して圧電体膜３２に電界を加えることにより、図９に本実施形態の光学モジュール１の駆動時の状態を示すように、例えば、下に凸に変位させることができる。
【００５３】
このような可変曲率ミラーは、例えば、大気のゆらぎなどにより乱れた光波面を修正する補償光学系として天文分野や眼底検査、顕微鏡観察などへの応用が考えられる。
【００５４】
なお、光学素子としてミラーを備えた光モジュールの場合も、上部電極層を、第２の実施形態の光モジュールの場合と同様に複数の電極からなる断続的なリング状に形成してもよい。複数の電極に選択的に電圧を印加させることにより、曲率のみならず、光軸を傾斜させることができる。
【００５５】
このような第３の実施形態の光学モジュールも、第１および第２の実施形態の光モジュールと同様の製造方法により、すなわち、ＭＥＭＳ加工技術と薄膜圧電成膜技術を用いて製造することができる。
【００５６】
以上、説明した第１〜第３の実施形態の光学モジュールは、アレイ状にも容易に作製することが可能であり、光学素子としてレンズを備えた場合には可動型マイクロレンズアレイ、光学素子としてミラーを備えた場合にはＤＭＤ(デジタルミラーデバイス)などとしての応用が考えられる。
【００５７】
「撮像装置」
上記第１の実施形態の光学モジュール１を備えた撮影装置５について説明する。図１０は本実施形態の撮影装置５の概略構成を示す断面図である。
【００５８】
撮影装置５は、光学モジュール１と、撮像センサとしてＣＭＯＳセンサ８１とインターポーザ８２を含む撮影センサ部８と、回路基板９とから構成される。ＣＭＯＳセンサ８１がレンズ２０に対向して配置され、ＣＭＯＳセンサ８１は埋め込み電極８３を介して回路基板９の回路と接続している。
【００５９】
撮影装置５は、光学モジュールウエハ、撮影センサ部ウエハ、回路基板ウエハをそれぞれ作製し、それらを位置決め積層して接合した後に、個片化することにより、個々のサイズが５ｍｍ角程度のものとして製造することができる。光学モジュールウエハの製造方法は第１の実施形態の光モジュールの製造方法のとおりである。
【００６０】
撮影装置５は、光学モジュール１を備え、光学モジュール１において圧電素子３０を駆動することによりレンズを光軸方向に変位することができるので、焦点距離調整が可能となっている。なお、光学モジュール１に代えて、第２の実施形態の光学モジュール２を備えれば、さらにレンズの光軸を傾斜することもできるため、手振れ補正機能を付加することもできる。
【００６１】
既存の携帯電話搭載撮影装置は、１ｃｍ角程度の大きさであり、本発明の撮影装置によれば格段にサイズを縮小することができる。また、製造も容易であり、量産性、歩留まりの向上に伴いコストを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２、３ 光学モジュール
５ 撮影装置
８ 撮影センサ部
９ 回路基板
１０ 基板
１０ａ シリコン基板
１０ｂ 酸化膜
１１ 所定領域
１２ 開口
１２ａ 開口の外周
２０ レンズ（光学素子）
２０ａ、２０ｂ 熱可塑性樹脂
３０ 圧電素子
３１ 下部電極層
３２ 圧電体膜
３３ 上部電極層
３３Ａ-３３Ｄ 上部電極
３３ａ リング外周
５０ 基板
５０ａ シリコン基板
５０ｂ ＳｉＯ2膜
５０ｃ Ｓｉ活性層
６０ ミラー（光学素子）
８１ 撮像センサ
８２ インターポーザ
８３ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の所定領域に直接作り込まれた光学素子と、
該基板上に、前記光学素子の外周に沿って、直接形成された圧電素子とを備え、
前記圧電素子が、前記基板の前記所定領域を変位させることにより、前記光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであることを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、
該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記基板が、前記所定領域の該基板の裏面側に所定深さの開口を有するものであり、
前記リング型に形成されている前記上部電極層のリング外周径が、前記開口の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学素子が、レンズであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記基板が、表面に酸化膜を備えたシリコン基板からなり、前記開口が、前記所定領域の該基板の裏面側から前記酸化膜に至る深さの開口であり、
前記光学素子が、前記シリコン基板の前記開口の前記酸化膜の表面および裏面から樹脂材料により該酸化膜を挟みこむようにして形成されたレンズであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記光学素子が、ミラーであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記光学素子が、前記圧電体膜上の前記所定領域の中央領域に対応する領域に蒸着形成されたミラーであり、
前記上部電極層が、前記圧電体膜上に、前記ミラーの外周に沿って該ミラーと離間して配置されているものであることを特徴とする請求項２または３記載の光学モジュール。
【請求項８】
基板の表面に下部電極層を成膜し、
前記下部電極層上に圧電体膜を成膜し、
前記圧電体膜の所定領域の外周に沿って上部電極層をパターン形成し、
前記所定領域の前記圧電体膜および該圧電体膜下の前記下部電極層を除去して前記基板の表面を露出させ、
前記基板の、前記所定領域に対応する領域を含む、該所定領域より広く、かつ前記上部電極層の外周内側となる領域を、該基板の裏面側からエッチング除去して、前記基板の一部に開口を設けて該一部を薄膜化し、
該基板の薄膜化された部分に、該部分を表面および裏面から樹脂部材で挟み込むようにして該部分および樹脂部材からなるレンズを作り込むことを特徴とする、前記レンズと該レンズの外周に沿って配置された圧電素子とが前記基板に一体的に形成されてなる光学モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項４または５記載の光学モジュールを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
基板と、
該基板の所定領域に直接作り込まれた光学素子と、
該基板上に、前記光学素子の外周に沿って、直接形成された圧電素子とを備え、
前記圧電素子が、前記基板の前記所定領域を変位させることにより、前記光学素子を、その光軸方向に、もしくはその光軸を傾けるように変位駆動させるものであることを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記基板上に成膜された下部電極層と、該下部電極層上に成膜された圧電体膜と、該圧電体膜上にパターン形成された上部電極層とを備えてなるものであり、
該上部電極層が、前記光学素子の外周に沿った、連続的または断続的なリング型にパターン形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記基板が、前記所定領域の該基板の裏面側に所定深さの開口を有するものであり、
前記リング型に形成されている前記上部電極層のリング外周径が、前記開口の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学素子が、レンズであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記基板が、表面に酸化膜を備えたシリコン基板からなり、前記開口が、前記所定領域の該基板の裏面側から前記酸化膜に至る深さの開口であり、
前記光学素子が、前記シリコン基板の前記開口の前記酸化膜の表面および裏面から樹脂材料により該酸化膜を挟みこむようにして形成されたレンズであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記光学素子が、ミラーであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記光学素子が、前記圧電体膜上の前記所定領域の中央領域に対応する領域に蒸着形成されたミラーであり、
前記上部電極層が、前記圧電体膜上に、前記ミラーの外周に沿って該ミラーと離間して配置されているものであることを特徴とする請求項２または３記載の光学モジュール。
【請求項８】
基板の表面に下部電極層を成膜し、
前記下部電極層上に圧電体膜を成膜し、
前記圧電体膜の所定領域の外周に沿って上部電極層をパターン形成し、
前記所定領域の前記圧電体膜および該圧電体膜下の前記下部電極層を除去して前記基板の表面を露出させ、
前記基板の、前記所定領域に対応する領域を含む、該所定領域より広く、かつ前記上部電極層の外周内側となる領域を、該基板の裏面側からエッチング除去して、前記基板の一部に開口を設けて該一部を薄膜化し、
該基板の薄膜化された部分に、該部分を表面および裏面から樹脂部材で挟み込むようにして該部分および樹脂部材からなるレンズを作り込むことを特徴とする、前記レンズと該レンズの外周に沿って配置された圧電素子とが前記基板に一体的に形成されてなる光学モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項４または５記載の光学モジュールを備えたことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１０９６８（Ｐ２０１０−２１０９６８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７２８９（Ｐ２００９−５７２８９）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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