CN105093371B

CN105093371B - 光学元件

Info

Publication number: CN105093371B
Application number: CN201510122107.8A
Authority: CN
Inventors: 藤井達也; 細田啓次
Original assignee: Hoya Optoelectronics Qingdao Ltd; Hoya Candeo Optronics Corp
Current assignee: Hoya Optoelectronics Qingdao Ltd; Hoya Candeo Optronics Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: KR101985813B1; JP2016033632A; JP6272175B2; TWI636559B; TW201605033A; KR20160016581A; CN105093371A

Abstract

本发明提供一种光学元件，所述光学元件不使玻璃基板的表面粗面化、形成了边缘齐整的遮光板(遮光部)。在内装有固体摄像元件的摄像装置中使用的光学元件，包括：正反面分别为朝向固体摄像元件的光入射的入射面和入射到该入射面的光透过而朝向固体摄像元件出射的出射面的透明基板，覆盖在入射面以及出射面至少一面上的蚀刻阻挡层，在透明基板的中心部形成的能够透过光的一部分的透光部，以及在所述蚀刻阻挡层上形成的呈框状包围在透光部外周的能够遮住光的一部分的遮光部。

Description

光学元件

技术领域

本发明涉及一种光学元件，是配置在固体摄像元件前面的光学元件，特别是安装于收纳固体摄像元件的包装的前面、对固体摄像元件进行保护并且用作透光窗的防护玻璃、用于固体摄像元件的视见度修正的近红外线截止滤光片等光学元件。

背景技术

近些年，内装有CCD、CMOS等固体摄像元件的摄像组件被用于手机、便携式信息终端机器等。这样的摄像组件具备收纳固体摄像元件的陶瓷制、树脂制的斗形包装和被紫外线固化型粘合剂固附在包装的周缘部并且对固体摄像元件进行密封的防护玻璃。

另外，一般而言，因为固体摄像元件从近紫外线区域到近红外线区域具有分光灵敏度，所以具备阻断入射光的近红外部分并按接近人的视见度的方式进行修正的近红外线截止滤光片的摄像组件也供实际使用。为了缩小摄像组件整体的尺寸，还提出了将防护玻璃和近红外线截止滤光片的功能复合化的防护玻璃(例如，专利文献1)。

另外，如果将这样的防护玻璃等光学部件配置在固体摄像元件的前面(即朝向固体摄像元件的光的光程中)，则防护玻璃的侧面等反射的光会入射到固体摄像元件的摄像面，并由此引发出现反射光斑、重影等问题，所以还提出在防护玻璃和固体摄像元件之间设置遮光板，截断造成重影等问题的光的光程(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2011－055726号；专利文献2：日本特开2006－141726号公报。

专利文献2中记载的遮光板藉由将Cr(铬)等黑色金属蒸镀在防护玻璃上，与防护玻璃一体形成。作为将Cr蒸镀在防护玻璃上的方法，可以使用所谓的光刻法，经过(1)在玻璃基板上蒸镀Cr的工序、(2)抗蚀剂图案形成工序、(3)Cr的蚀刻工序(图案化工序)、(4)抗蚀剂剥离工序，可以在玻璃基板上形成所需要的遮光板。

但是，像这样地通过蚀刻形成遮光板，如果想要在玻璃基板上无蚀刻残留物、形成边缘齐整的遮光板，则在上述(3)Cr的蚀刻工序(图案化工序)中必须将玻璃基板整体比较长时间地浸渍在蚀刻液中，但蚀刻液不仅蚀刻Cr，也蚀刻玻璃基板的表面，从而存在导致粗面化的问题。如果玻璃基板的表面粗面化，则朝向固体摄像元件的光在玻璃基板的表面散乱，会出现透过率降低、产生反射光斑、析像度降低之类的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供不使玻璃基板的表面粗面化、形成了边缘齐整的遮光板(遮光部)的光学元件。

为了实现上述目的，本发明的光学元件是内装有固体摄像元件的摄像装置中使用的光学元件，包括：正反面分别为朝向固体摄像元件的光入射的入射面和入射到该入射面的光透过而朝向固体摄像元件出射的出射面的透明基板，覆盖在入射面以及出射面至少一面上的蚀刻阻挡层，在透明基板的中心部形成的能够透过光的一部分的透光部，以及在所述蚀刻阻挡层上形成的呈框状包围在透光部外周的能够遮住光的一部分的遮光部。

根据这样的构成，在透明基板上形成蚀刻阻挡层，在通过光刻法形成遮光部的情况下，由蚀刻阻挡层阻止蚀刻，透明基板的表面不会被蚀刻液蚀刻。因此，透明基板的表面不会粗面化，能够防止入射到透明基板表面的光的散乱，使固体摄像元件得到析像度高的图像。另外，因为能够通过蚀刻阻挡层确实地阻止蚀刻，所以能够将光学元件整体比较长时间地浸渍在蚀刻液中，形成无蚀刻残留、边缘齐整的遮光部。

另外，光学元件可以进一步具有至少覆盖透光部的功能膜。在该情况下，优选功能膜是具备防反射、切断红外线、切断紫外线中的至少1种功能的光学薄膜。

另外，功能膜优选为从透明基板顺次层叠Al₂O₃层、ZrO₂层、MgF₂层顺次层叠而成的防反射膜。根据这样的构成，能够抑制入射到光学元件的表面的光的反射，所以在固体摄像元件中光的导入效率升高。

另外，蚀刻阻挡层优选由SiO₂、Al₂O₃或ZrO₂的薄膜形成。

另外，在将光的中心波长设定为λ时，优选蚀刻阻挡层的光学膜厚为λ/2。根据这样的构成，蚀刻阻挡层不会影响光学元件的光学性能，另外在光学元件的表面形成功能膜的情况下，容易进行膜设计。

另外，所述蚀刻阻挡层的物理膜厚为透明基板的板厚的0.3～200.0ppm。根据这样的构成，能够抑制蚀刻阻挡层的膜应力导致的透明基板翘曲。

另外，优选透明基板的板厚为0.1～1.0mm，蚀刻阻挡层的物理膜厚为0.3～20.0nm。

另外，遮光部优选由至少包含Cr的薄膜形成。

另外，遮光部优选通过用光刻法蚀刻而形成。

另外，优选透光部的面积比固体摄像元件的受光面的面积大。

另外，光学元件优选为安装在收纳固体摄像元件的包装的前面的防护玻璃。

另外，透明基板优选为吸收近红外线区域的波长的光的近红外线吸收玻璃。另外，在该情况下，优选近红外线吸收玻璃是由含有Cu²⁺的氟磷酸盐系玻璃或含有Cu²⁺的磷酸盐系玻璃构成的。根据这样的构成，能够按固体摄像元件的分光灵敏度接近人的视见度的方式进行修正。

本发明的效果：如上所述，根据本发明，实现不使玻璃基板的表面粗面化、形成边缘齐整的遮光部的光学元件。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃的平面图。

图2是图1的纵截面图。

图3是说明搭载了本发明的实施方式所涉及的防护玻璃的固体摄像设备的构成的纵截面图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的防护玻璃的制造方法的流程图。

图5是对应于图4中各制造工序的防护玻璃100的平面放大图。

图6是对应于图4中各制造工序的防护玻璃100的截面放大图。

图7是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃的第一变形例的构成的说明图。

图8是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃的第二变形例的构成的说明图。

图中：1固体摄像设备

100、100A、100B 防护玻璃

101 玻璃基材

101a 入射面

101b 出射面

103 蚀刻阻挡层

105 遮光膜

110 防反射膜

200 固体摄像元件

300 包装

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。应予说明，图中，相同或相应的部分带有相同的符号，不重复说明。

图1是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃100(光学元件)的构成的平面图，图2是图1的纵截面图。另外，图3是说明固体摄像元件200的包装300的开口部被本实施方式的防护玻璃100密封的固体摄像设备1的构成的纵截面图。本实施方式的防护玻璃100是安装在收纳固体摄像元件200的包装300的前面(即开口部)(图3)，对固体摄像元件200进行保护，并且用作透光窗的光学元件。

如图1所示，本实施方式的防护玻璃100呈矩形板状外观，由玻璃基材101(透明基板)、形成在玻璃基材101上的蚀刻阻挡层103、形成在蚀刻阻挡层103上的遮光膜105(遮光部)构成。应予说明，在本实施方式中，在防护玻璃100安装于包装300时，形成蚀刻阻挡层103及遮光膜105的玻璃基材101的一面(图2中上侧的表面)成为朝向固体摄像元件200的光入射的入射面101a，玻璃基材101的另一面(图2中下侧的表面)成为入射到入射面101a的光出射的出射面101b。应予说明，防护玻璃100的尺寸根据安装防护玻璃100的包装300的尺寸而适当设定，在本实施方式中设定成6mm(横向)×5mm(纵向)。

本实施方式的玻璃基材101是含有Cu²⁺的红外线吸收玻璃(含有Cu²⁺的氟磷酸盐系玻璃或含有Cu²⁺的磷酸盐系玻璃)。一般而言，氟磷酸盐系玻璃具有优异的耐气候性，通过在玻璃中添加Cu²⁺，能够在维持可见光域的高透过率的同时吸收近红外线。所以，如果玻璃基材101被配置在入射到固体摄像元件200的入射光的光程中，则作为一种低通滤波器起作用，按固体摄像元件200的分光灵敏度接近人的视见度的方式进行修正。应予说明，本实施方式的玻璃基材101中使用的氟磷酸盐系玻璃使用公知的玻璃组成，但特别优选为含有Li⁺、碱土类金属离子(例如Ca²⁺、Ba²⁺等)、稀土类元素离子(Y³⁺、La³⁺等)的组成。另外，本实施方式的玻璃基材101的厚度没有特别限定，从实现小型轻质化的观点考虑，优选为0.1～1.0mm的范围。

蚀刻阻挡层103是在后述的图案化工序中对Cr(铬)薄膜进行蚀刻时用于防止玻璃基材101的入射面101a被蚀刻液蚀刻而粗面化的蚀刻阻挡起作用的薄膜。本实施方式中，蚀刻阻挡层103是具有透光性的SiO₂的薄膜，如后所述，通过溅射法、真空蒸镀法等形成在玻璃基材101的入射面101a上。应予说明，作为蚀刻阻挡层103，优选至少在可见光的波长域中光透过率高(即透明)的薄膜，例如可以代替SiO₂使用的Al₂O₃或ZrO₂。另外，只要能够阻挡蚀刻，蚀刻阻挡层103的膜厚可以自由设定，考虑对防护玻璃100的光学性能没有影响以及在防护玻璃100上形成功能膜时的设计容易性，在本实施方式中，设定成λ/2(λ为中心波长(设计波长))的光学膜厚。

遮光膜105是蒸镀在蚀刻阻挡层103上的Cr(铬)的薄膜，具有将入射到入射面101a的入射光的一部分遮住、将导致重影等的不必要的光除去的功能。在俯视防护玻璃100时，遮光膜105沿着玻璃基材101的外周形成框状。即，在本实施方式的防护玻璃100中，形成有：在中央部呈矩形分布的将从入射面101a入射的光透过到出射面101b的透光部T和呈框状地包围透光部T的将入射到入射面101a的光遮住的遮光部S。应予说明，详情如后所述，本实施方式的遮光膜105通过所谓的光刻法而形成。

如图3所示，防护玻璃100安装在收纳CCD(Charge-Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体摄像元件200的斗形包装300的开口部并被粘合剂(未图示)固定。如上所述，将防护玻璃100安装在包装300上，则在入射光入射到固体摄像元件200的光程中，由于在防护玻璃100上形成有遮光部S(即遮光膜105)，所以不会向固体摄像元件200入射不必要的光，不会发生重影、反射光斑。应予说明，透光部T和遮光部S的大小根据配置在固体摄像设备1的外侧的透镜等光学元件、固体摄像元件200的尺寸以及防护玻璃100的尺寸适当决定，但透光部T的面积必须大于固体摄像元件200的受光面的面积。

接下来，对本实施方式的防护玻璃100的制造方法进行说明。图4～图6是表示本实施方式所涉及的防护玻璃100的制造方法的流程图。图4是表示防护玻璃100的制造工序的流程图，图5是对应于图4中各制造工序的防护玻璃100的平面放大图，图6是对应于图4中各制造工序的防护玻璃100的截面放大图。应予说明，为了容易理解，在图5中，对各构成因素施加浓淡，在图6中，强调地示出各构成因素。

玻璃基板的成型：玻璃基板的成型工序中，准备由具备所需光学特性的玻璃成分而构成的玻璃板，按外形尺寸与最终形状(即防护玻璃100的形状)大致相同的方式通过公知的切断方法进行切断。切断方法有通过金刚石刀具刻设切断线后折断的方法、通过切割装置进行切断的方法。应予说明，该工序中使用的玻璃板可以使用通过研磨等粗研磨加工成接近最终形状的板厚尺寸的玻璃板。玻璃板被切断后，实施清洗，得到玻璃基材101。

SiO₂薄膜的形成：接下来，在SiO₂薄膜的形成工序中，在玻璃基材101的入射面101a上，通过溅射法、真空蒸镀法等形成光学膜厚λ/2的SiO₂薄膜(即蚀刻阻挡层103)。应予说明，在本实施方式中，以中心波长λ为480nm、SiO₂的折射率为1.45作为设计值，形成物理膜厚约166nm的SiO₂薄膜，但是在实际的制造工序中，在±10％左右的公差范围内存在差异，形成166nm±10％的SiO₂薄膜。

Cr薄膜的形成：接下来，在Cr薄膜的形成工序中，在蚀刻阻挡层103上，通过溅射法、真空蒸镀法等，形成作为遮光膜105的基底的、物理膜厚约0.1μm的Cr薄膜。

抗蚀剂涂布·烘烤：在抗蚀剂涂布·烘烤工序中，在Cr薄膜的表面涂布光刻胶，烘烤规定时间。光刻胶只要在紫外波长区域或红外波长区域的光的作用下溶解性发生变化即可，对材料没有特别限定。另外，作为光刻胶的涂布方法，可以适用众所周知的旋涂法、浸涂法等。

露光·抗蚀剂显影：在露光·抗蚀剂显影工序中，首先，隔着将遮光膜105图案化的光掩膜对光刻胶照射光。然后，使用对应于光刻胶的显影液，将光刻胶显影，形成对应于遮光膜105的图案的抗蚀剂。

图案化：在图案化工序中，将玻璃基材101浸渍在Cr蚀刻液中，对没有形成抗蚀剂的部分的Cr薄膜进行蚀刻。随着蚀刻的进行，没有形成抗蚀剂的部分的Cr薄膜溶入蚀刻液中，但是如上所述，在本实施方式中，在Cr薄膜的下侧(即Cr薄膜和玻璃基材101之间)形成有蚀刻阻挡层103，所以由此阻挡了蚀刻，使得玻璃基材101的入射面101a不会被蚀刻液蚀刻。因此，在本实施方式中，玻璃基材101的入射面101a不会粗面化，入射到玻璃基材101的入射面101a的光不会散乱而是被导入玻璃基材101内，并从出射面101b出射。另外，根据本实施方式的构成，因为能够通过蚀刻阻挡层103确实地阻止蚀刻，所以能够将玻璃基材101整体比较长时间地浸渍在蚀刻液中，能够形成无Cr薄膜的蚀刻残留、边缘齐整的遮光膜105。应予说明，作为Cr蚀刻液，例如使用由10～20％的硝酸铈盐、5～10％的高氯酸、70～85％的水组成的混合溶液。

抗蚀剂剥离：在抗蚀剂剥离工序中，将玻璃基材101浸渍在醇等抗蚀剂剥离剂中，将抗蚀剂剥离。由此，在玻璃基材101上形成遮光膜105。

如上所述，根据本实施方式的防护玻璃100的制造方法，在蚀刻阻挡层103上形成遮光膜105，所以能够形成边缘齐整的遮光膜105。另外，因为透光部T被蚀刻阻挡层103覆盖，所以玻璃基材101的入射面101a不会粗面化，入射到玻璃基材101的入射面101a的光散乱也得以抑制。因此，能够由固体摄像元件200得到析像度更高的图像。

以上为本发明的实施方式的说明，但本发明不限定于上述实施方式的构成，在其技术构思的范围内可以进行各种变形。例如，在本实施方式中，玻璃基材101是含有Cu²⁺的红外线吸收玻璃(含有Cu²⁺的氟磷酸盐系玻璃或含有Cu²⁺的磷酸盐系玻璃)，也可以从可见波长区域透明的材料中选择，例如可以使用硼硅酸玻璃、水晶、聚酯树脂、聚烯烃树脂、丙烯酸树脂等。

另外，在本实施方式中，对遮光膜105是通过溅射法、真空蒸镀法等形成Cr薄膜的情况进行了说明，但并不限定于这样的构成。作为遮光膜105，除了Cr之外，可以使用Ta(钽)、Mo(钼)、Ni(镍)、Ti(钛)、Cu(铜)、Al(铝)等金属材料。

另外，在本实施方式中，以将固体摄像元件200的包装300密封的防护玻璃100为例进行了说明，但是本发明同样地也能够适用于从入射到固体摄像元件200的光中除去近红外线的近红外线截止滤光片或从入射到固体摄像元件200的光中除去包含高空间频率的光的光学低通滤波器。应予说明，在适用于近红外线截止滤光片的情况下，可以使用与本实施方式同样的玻璃基材101，优选其厚度为0.1～1.0mm的范围。另外，在适用于光学低通滤波器的情况下，只要使用由水晶、硼硅酸玻璃形成的玻璃基材101即可，优选其厚度为0.1～3.0mm的范围。

另外，说明了本实施方式的蚀刻阻挡层103的光学膜厚为λ/2(λ为中心波长(设计波长))的情况，但是只要能够对蚀刻阻挡起作用即可，可以适用任何膜厚。但是，在将蚀刻阻挡层103成膜的情况下，一般产生±10％左右制造上的差异(误差)。因此，从压缩制造上的误差的观点考虑，优选蚀刻阻挡层103的膜厚越薄越好。另外，如果蚀刻阻挡层103的膜厚厚，则担心出现如下问题：其膜应力会导致玻璃基材101翘曲，使得玻璃基材101破损，后续工序(例如功能膜的成膜工序)中的不良率升高。因此，从缓和膜应力的观点考虑，也优选膜厚薄的蚀刻阻挡层103，其物理膜厚为玻璃基材101的板厚的0.3～200.0ppm。更具体而言，例如优选0.1～1.0mm的板厚的玻璃基材101，形成0.3～20.0nm的物理膜厚的蚀刻阻挡层103，更优选相对于0.1～0.3mm的板厚的玻璃基材101，形成1.0～10.0nm(即3.3～100.0ppm)的物理膜厚的蚀刻阻挡层103。

图7是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃100的第一变形例的构成的说明图。本变形例的防护玻璃100A在玻璃基材101的出射面101b侧也形成了蚀刻阻挡层103，这一点与本实施方式的防护玻璃100不同。根据这样的构成，在上述的图案化工序中，也防止了玻璃基材101的出射面101b的粗面化，还防止了出射面101b侧的散乱，所以能够由固体摄像元件200得到析像度更高的图像。另外，进而作为其他变形例，可以在出射面101b侧的蚀刻阻挡层103上进一步形成遮光膜105。

图8是本发明的实施方式所涉及的防护玻璃100的第二变形例的构成的说明图。本变形例的防护玻璃100B以覆盖入射面101a侧的方式形成有防反射膜110，在这方面区别于本实施方式的防护玻璃100。本变形例的防反射膜110由光学膜厚λ/4的Al₂O₃薄膜、光学膜厚λ/2的ZrO₂薄膜、光学膜厚λ/4的MgF₂薄膜构成，它们在上述抗蚀剂剥离工序后通过溅射法、真空蒸镀法等顺次层叠而形成。由此，如果在防护玻璃100B上设置防反射膜110，则入射到防护玻璃100B的入射面101a的光的反射被抑制，所以在固体摄像元件200中光的导入效率升高。应予说明，在本变形例中，以覆盖防护玻璃100B的入射面101a侧整体的方式形成防反射膜110，但是并不限定于这样的构成，只要以至少覆盖透光部T的方式形成防反射膜110即可。另外，作为设置在防护玻璃100B上的功能膜，并不限定于3层防反射膜110，也不限定于防反射膜。可以形成具有防反射膜、红外线切断膜、紫外线切断膜中的至少1种功能的光学薄膜。

应予说明，在本变形例中，以在防护玻璃100B上有光学膜厚λ/2的蚀刻阻挡层103为前提，但是在蚀刻阻挡层103的膜厚不同于此的情况下，只要考虑蚀刻阻挡层103(即、SiO₂薄膜)的实际膜厚，改变防反射膜110的膜构成即可。

应予说明，应当认为本次公开的实施方案的所有点均为举例，并非限定。本发明的范围不是由上述说明、而是由权利要求书给出，旨在包含与权利要求书等同含义以及范围内的全部变更。

Claims

1.一种光学元件，是内装有固体摄像元件的摄像装置中使用的光学元件，其特征在于：包括：

正反面分别为朝向固体摄像元件的光入射的入射面和入射到该入射面的光透过而朝向所述固体摄像元件出射的出射面的透明基板，

覆盖在入射面以及出射面至少一面上的蚀刻阻挡层，

在所述透明基板的中心部形成的能够透过光的一部分的透光部，

在所述蚀刻阻挡层上形成的呈框状包围在透光部外周的能够遮住光的一部分的遮光部。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于：还包括至少覆盖所述透光部的功能膜。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于：所述功能膜是具备防反射、切断红外线、切断紫外线中的至少1种功能的光学薄膜。

4.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于：所述功能膜是从透明基板顺次层叠Al₂O₃层、ZrO₂层、MgF₂层而成的防反射膜。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述蚀刻阻挡层由SiO₂、Al₂O₃或ZrO₂的薄膜形成。

6.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：在将所述光的中心波长设定为λ时，所述蚀刻阻挡层的光学膜厚为λ/2。

7.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述蚀刻阻挡层的物理膜厚为透明基板的板厚的0.3～200.0ppm。

8.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述透明基板的板厚为0.1～1.0mm，所述蚀刻阻挡层的物理膜厚为0.3～20.0nm。

9.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述遮光部由至少包含Cr的薄膜形成。

10.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述遮光部通过用光刻法蚀刻而形成。

11.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述透光部的面积比所述固体摄像元件的受光面的面积大。

12.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述光学元件是安装在收纳所述固体摄像元件的包装的前面的防护玻璃。

13.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学元件，其特征在于：所述透明基板为吸收近红外线区域的波长的光的近红外线吸收玻璃。

14.根据权利要求13所述的光学元件，其特征在于：所述近红外线吸收玻璃是由含有Cu² ⁺的氟磷酸盐系玻璃或含有Cu²⁺的磷酸盐系玻璃构成的。