JP2005234038A - 誘電体多層膜フィルタ及びその製造方法並びに固体撮像デバイス - Google Patents

誘電体多層膜フィルタ及びその製造方法並びに固体撮像デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】 赤外線などの所定の波長を反射する誘電体多層膜に対する光線の入射角をできる限り小さく保ち、誘電体多層膜の角度依存性を可及的に少なくすることができる誘電体多層膜フィルタを提供する。
【解決手段】 少なくとも一面側に平坦面を有する光透過性基板２と、光透過性基板２の平坦面に形成された特定の波長の光を反射する誘電体多層膜３と、光透過性基板２の少なくとも一面側に張り合わされた樹脂製集束レンズ４とを有する誘電体多層膜フィルタ１とする。この誘電体多層膜フィルタ１を固体撮像素子デバイス１００の防塵カバーとして用いる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、デジタルカメラなどに使用されている赤外カットフィルタ等として用いられる誘電体多層膜フィルタ及びその製造方法並びにそのフィルタを用いた個体撮像デバイスに関する。
ビデオカメラやデジタルカメラ等の固体撮像素子として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device、電荷結合素子）が多く用いられている。ＣＣＤは比較的広い波長の光に感度があり、可視光領域のみならず近赤外領域（７５０〜２５００ｎｍ）の光にも感度が良好である。しかし、通常のカメラの用途では、人間の眼に見えない赤外領域は不要であり、近赤外線が固体撮像素子に入射すると解像度の低下や画像のムラなどの不都合を引き起こす。そのため、ビデオカメラ等の光学系には色ガラスなどの赤外カットフィルタが挿入され、入射する光の中の近赤外線をカットするようになっている。
近年のビデオカメラやデジタルカメラの小型化の要請から、例えば特許文献１では、光学系を構成するレンズに赤外カットフィルタとしての機能を付加することが提案されている。また、特許文献２では、赤外カットフィルタをレンズ形状にして固体撮像素子への入射光線の入射角を小さくすることが提案されている。
赤外カットフィルタには、赤外線を吸収する物質を基材の中に練り込んだ吸収型フィルタと誘電体多層膜の干渉を利用して赤外線を反射する干渉型フィルタとがある。干渉型フィルタは、誘電体多層膜を成膜することにより形成されるため、種々の基材表面に形成が可能であり、光学系の小型化に有利である。また、必要な波長の透過率を上げることができる上、低コスト、分光特性の自由度が高いという特徴がある。
そのため、特許文献３では、赤外線を反射する誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタをレンズやローパスフィルタと一体化し、部品としての赤外線カットフィルタを廃止して光学系の小型化を図ることが提案されている。
一方、固体撮像素子は、ゴミが付着することを防止するため、パッケージ内に封入されて固体撮像デバイスとして用いられることが多い。固体撮像デバイスのパッケージには固体撮像素子へ光を通すと共に、パッケージを密封する防塵カバーが組み込まれている。
そのため、図６に模式的に示した固体撮像素子デバイス６００のように、固体撮像素子１３０をパッケージ１１０内に封入する防塵カバー６２０に赤外線をカットする誘電体多層膜６２１を設けることより、部品としての赤外線カットフィルタを廃止して光学系の小型化を図ることが考えられる。
特開２００２−４０２３４ 特開２００２−３４１２４１ 特開平５−２０７３５０号公報
しかしながら、誘電体多層膜６２１は、入射角によって特性が変化するという角度依存性を有する。図６に示すように、光学系６１０を通った光は誘電体多層膜６２１を設けた防塵ガラス６２０を通って固体撮像素子１３０に集光される。光学系６１０の光軸を通った光Ｌ０は固体撮像素子１３０の中心に入射し、誘電体多層膜６２１への入射角はゼロであるが、固体撮像素子１３０の端部側へ入射する光線Ｌ１は誘電体多層膜６２１に対してθ１の入射角で入射することになる。
図７に赤外線をカットするための誘電体多層膜の分光特性を示す。入射角が大きくなるにつれて主に６５０ｎｍ近辺の立ち下がりの波長が短波長側へ大きく移動する。図８は、入射角がゼロのときの立ち下がりの透過率が５０％になる波長を基準として、入射角に対する立ち下がりの透過率が５０％になる波長の変動を示すグラフである。入射角が大きくなるにつれて立ち下がりの波長が短波長側へずれ、赤色がカットされることになる。固体撮像素子１３０の端部側へ行くに従って入射角が大きくなるため、固体撮像素子１３０によって光学像が電気信号に変換された画像は、中心部から周辺部へ行くに従って青みが強くなる傾向を示し、画面の色むらとなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、赤外線などの所定の波長を反射する誘電体多層膜に対する光線の入射角をできる限り小さく保ち、誘電体多層膜の角度依存性を可及的に少なくすることができる誘電体多層膜フィルタを提供することを目的とする。
また、本発明は、かかる誘電体多層膜フィルタを低コストで製造することができる誘電体多層膜フィルタの製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、かかる誘電体多層膜フィルタを防塵カバーとして用いた固体撮像素子デバイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、第１に、少なくとも一面側に平坦面を有する光透過性基板と、前記光透過性基板の前記平坦面に形成された特定の波長の光を反射する誘電体多層膜と、前記光透過性基板の少なくとも一面側に張り合わされた樹脂製集束レンズとを有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
誘電体多層膜は曲面上への成膜が困難であるため、光透過性基板の成膜面は平坦である必要がある。光透過性基板の表面に張り合わされた樹脂製集束レンズが、誘電体多層膜へ傾斜角をもって入射する光線を光軸側へ集束するように屈折させるため、誘電体多層膜に対する光線の入射角をできる限り小さく保ち、誘電体多層膜の角度依存性を可及的に少なくすることができる。
本発明は、第２に、上記第１の誘電体多層膜フィルタにおいて、前記光透過性基板が、少なくとも１枚の複屈折板を有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
１枚の複屈折板又は複数枚の複屈折板は光学ローパスフィルタを構成するため、光透過性基板をローパスフィルタとし、光学ローパスフィルタを兼用した誘電体多層膜フィルタとすることができる。
本発明は、第３に、上記第１の誘電体多層膜フィルタにおいて、前記光透過性基板が、第１複屈折板と、第２複屈折板と、これらの第１複屈折板と第２複屈折板に挟まれた１／４波長板としての高分子フィルムとを有する光学ローパスフィルタであることを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
この光学ローパスフィルタは、４点分離型で高性能である上、複屈折板が３枚構成の従来の光学ローパスフィルタと比較して薄いため、フィルタを薄くすることができる。
本発明は、第４に、上記第１の誘電体多層膜フィルタにおいて、前記光透過性基板が、特定の波長の光を吸収する吸収型フィルタであることを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
特定の波長の光を吸収する吸収型フィルタと特定の波長の光を反射する誘電体多層膜とを組み合わせることにより、誘電体多層膜で反射された反射光が他の部材で反射されて再び入射する迷光を吸収型フィルタで吸収し、固体撮像素子へ入射することを完全に防止することが可能である。
本発明は、第５に、上記第１〜４いずれかの誘電体多層膜フィルタにおいて、前記樹脂製集束レンズの外面が非球面であることを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
集束レンズの光学面を非球面とすることにより、各種の収差を良好に補正した集束レンズとすることができ、良好な画像を得ることができる。
本発明は、第６に、上記第１〜５いずれかの誘電体多層膜フィルタにおいて、前記誘電体多層膜における最大透過率の半分の透過率を示す波長である半値が、６５０±３０ｎｍの範囲であることを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。
半値を６５０±３０ｎｍに設定することにより、固体撮像素子に有害な近赤外線をカットすることができ、赤外カットフィルタとして機能することができる。
本発明は、第７に、一面側又は両面に特定の波長の光を反射する誘電体多層膜が設けられた板状の光透過性基板と、表面に集束レンズの形状を転写する複数個の凹型キャビティ部が設けられた成形面を有する凸面成形型の前記成形面とを組み合わせたハイブリッドレンズ成形型の前記凹型キャビティ部に充填された硬化性組成物を硬化させる成形工程と、前記凸面成形型を取り外した後、前記光透過性基板の表面に形成された前記硬化性組成物を硬化して形成された樹脂製集束レンズ毎に前記光透過性基板を切断する切断工程とを有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタの製造方法を提供する。
このような成形工程で、光透過性基板の表面に多数の樹脂製集束レンズを一回の成形で形成することができる。また、切断工程でこれらの集束レンズ毎に切り出すことにより、多数の誘電体多層膜フィルタを簡便に製造することが可能である。そのため、誘電体多層膜フィルタを低コストで製造することができる。
本発明は、第８に、開口部を有するパッケージと、前記パッケージ内に前記開口部と対向して固定されている固体撮像素子と、前記開口部を閉塞している板状の透明な防塵カバーとを備える固体撮像デバイスにおいて、前記防塵カバーが、板状の光透過性基板と、前記光透過性基板の少なくとも一面側に形成された特定の波長の光を反射する誘電体多層膜と、前記光透過性基板の入射側の面に張り合わされた樹脂製集束レンズとを有する誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする固体撮像デバイスを提供する。
固体撮像デバイスの防塵カバーを本発明の誘電体多層膜フィルタとすることにより、防塵カバーに角度依存性が可及的に少ない赤外カットフィルタとしての機能を付加できる。
以下、本発明の誘電体多層膜フィルタ及びその製造方法並びに固体撮像デバイスの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１に、本発明の誘電体多層膜フィルタの一実施形態の断面構造を示す。図１（ａ）に示す誘電体多層膜フィルタ１は、両面が平坦面である板状の光透過性基板２の一面側に誘電体多層膜３が形成され、誘電体多層膜３の上に樹脂製集束レンズ４として樹脂製の平凸レンズの平坦面が張り合わされたハイブリッドレンズの構造を有する。
図１（ｂ）に示す誘電体多層膜フィルタ１ｂは、両面が平坦面である板状の光透過性基板２の一面側に誘電体多層膜３が形成され、誘電体多層膜３が形成された面と反対側の面に樹脂製集束レンズ４として樹脂製の平凸レンズの平坦面が張り合わされたハイブリッドレンズの構造を有する。
これらの誘電体多層膜フィルタ１、１ｂは、板状の光透過性基板２の一面側にのみ誘電体多層膜３が設けられ、光透過性基板２の一面側にのみ樹脂製集束レンズ４を有するが、誘電体多層膜３及び樹脂製集束レンズ４は光透過性基板２の両面に設けてもよい。
図２に、図１（ａ）に示す誘電体多層膜フィルタ１を防塵カバーとして用いた固体撮像デバイスの一例の断面構造を示す。
この固体撮像デバイス１００は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に用いられ、光学像を電気信号に変換する固体イメージセンサである。固体撮像デバイス１００は、セラミックや樹脂等の絶縁性の素材で構成される凹型のパッケージ１１０を有し、このパッケージ１１０は図示しない光学系で集光された光が入射する開口部１２０を備える。パッケージ１１０の内部の底面中央には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子１３０が開口部１２０と対向して接着剤で固定されている。固体撮像素子１３０は、複数の画素が二次元状に配列されている。パッケージ１１０の内部と外部を接続する外部接続配線１４０がパッケージ１１０の側壁を貫通して設けられ、固体撮像素子１３０と外部接続配線とはボンディングワイヤ１４１を介して電気的に接続されている。パッケージ１１０の開口部１２０の内周壁には段差部１１１が設けられ、この段差部１１１に対して本発明の誘電体多層膜フィルタ１が樹脂製集束レンズ４を外側の入射側に配置して装着されている。誘電体多層膜フィルタ１と段差部１１１との間に介在する封止剤１５０により誘電体多層膜フィルタ１が防塵カバーとして開口部１２０を閉塞し、パッケージ１１０は密封され、ゴミの進入が防止されている。
図３に、本発明の誘電体多層膜フィルタが誘電体多層膜への入射角を小さくできることを説明する光路図を示す。模式的に凸レンズで表している光学系６１０を通った外光は、簡略化されて図示されている固体撮像デバイス１００の固体撮像素子１３０に向かって入射する。光学系６１０の光軸を通過する光線Ｌ０は樹脂製集束レンズ４を通って誘電体多層膜３に垂直に入射し、固体撮像素子１３０の中心に入射する。誘電体多層膜３に対する入射角は０°である。一方、固体撮像素子１３０の端部に入射する光線Ｌ２は、誘電体多層膜３の入射側に存在する樹脂製集束レンズ４で光軸側へ集束するように屈折され、樹脂製集束レンズ４がない場合の図６に示した入射角θ１より小さい入射角θ２で誘電体多層膜３へ入射し、誘電体多層膜３を通った光が固体撮像素子１３０に入射する。このように、樹脂製集束レンズ４は入射角低減レンズとして機能する。そのため、樹脂製集束レンズ４は凸レンズのような正の屈折力を有するレンズである必要があり、かつ誘電体多層膜３の入射側へ配置される必要がある。樹脂製集束レンズ４は誘電体多層膜３に対する入射角を低減できるだけでなく、固体撮像素子１３０に対する入射角も低減することができる。以上の説明は、誘電体多層膜３が樹脂製集束レンズ４と光透過性基板２の間に介在した構造の誘電体多層膜フィルタ１について説明したが、誘電体多層膜３が形成された面と反対側の面に樹脂製集束レンズ４として樹脂製の平凸レンズの平坦面が張り合わされた誘電体多層膜フィルタ１ｂでも全く同様である。
本発明の誘電体多層膜フィルタ１、１ｂは、固体撮像素子１３０の端部側へ行くに従って大きくなる誘電体多層膜３に対する入射角を低減することができるため、誘電体多層膜３の角度依存性を低減し、固体撮像素子１３０によって変換される画像の中心と周辺との色調の差を低減し、画像の色調を均一化することができる。また、入射角を光学系で低減しようとすると、光学系の設計に無理が生じるが、当該方法では光学系への負担を軽減し、光学系の設計の自由度を上げることが可能となる。更に、樹脂製集束レンズ４は注型重合によって形成できるため、凸面の光学面を非球面化することが容易であり、非球面化することにより、各種の収差を良好に補正した集束レンズとすることができ、良好な画像を得ることができる。しかも、本発明の誘電体多層膜フィルタ１は、後述するような低コストの製造方法で製造することができるため、コスト的に有利である。
誘電体多層膜フィルタ１、１ｂを構成する光透過性基板２としては、所定の波長を反射する数十層の誘電体多層膜３の成膜プロセスにおいては良質な薄膜を形成するために２００℃程度の温度に基板を加熱する場合があるため、この成膜プロセスに耐えられる耐熱性を有することが好ましい。また、所定の波長を反射する数十層の誘電体多層膜３を曲面上に均一に成膜することは困難である。そのため、光透過性基板２の誘電体多層膜が形成される面は平坦である必要があり、その他の面はレンズ状のような曲面となっていてもよい。一般的には、光透過性基板２として、少なくとも外表面が耐熱性の無機材料で構成され、両面が平坦な板状であることが好ましい。
光透過性基板２の具体例としては、白板、ホウ珪酸ガラス、光学ガラスなどの透明な非晶質の無機ガラス板、これらの無機ガラス板の中に特定の波長の光線を吸収する物質を練り込んだ吸収型フィルタ板、水晶、ニオブ酸リチウム等の複屈折板一枚で構成した光学ローパスフィルタ、複屈折板を複数枚使用した光学ローパスフィルタ、２枚の複屈折板間に１／４波長板としての高分子フィルムが挟まれた構造の光学ローパスフィルタを例示することができる。光学ローパスフィルタは、固体撮像素子の入射側に配置され、固体撮像素子に入射する光線を２点又は４点分離して高い空間周波数成分を除去することによって疑似信号を除去し、水平線がギザギザに見えたり、白黒の格子縞に色が付く現象を抑制する機能を有する。
図１（ｃ）に示す誘電体多層膜フィルタ１ｃは、光透過性基板２として、第１複屈折板２１と、第２複屈折板２２と、これらの第１複屈折板２１と第２複屈折板２２に挟まれた１／４波長板としての高分子フィルム２３とを有する光学ローパスフィルタを用いた例を示している。
第１複屈折板２１と第２複屈折板２２は、水晶、ニオブ酸リチウム等の複屈折性を有する結晶板であり、水晶板のみを双方に用いる場合や、水晶とニオブ酸リチウムの組み合わせ、あるいは他の複屈折板等の異なる材料種を組み合わせて用いてもよい。複屈折とは、入射した光が、互いに垂直な振動方向を持つ二つの光に分離する現象を言う。高分子フィルム２３は、一軸延伸法によって形成されたプラスチックフィルムで構成され、複屈折性を考慮してフィルム厚を適宜選定することにより１／４波長板として機能する。１／４波長板は、通った光の常光線成分と異常光線成分の間の位相が四分の一サイクルずれるような厚さにしたシートであり、平面偏光を円偏光に変換する機能を有する。この光学ローパスフィルタは、４点分離で高性能であり、複屈折板が３枚構成の従来の光学ローパスフィルタと比較して薄いため、フィルタを薄くすることができる。なお、それほど性能が要求されない場合は、複屈折板を一枚だけ用いて２点分離型の光学ローパスフィルタを構成することができる。
光透過性基板２を光学ローパスフィルタで構成することにより、誘電体多層膜フィルタ１に光学ローパスフィルタとしての機能を付加することができる。その結果、部品点数を削減して小型化を図ることができる。
また、光透過性基板２として吸収型フィルタ板を用いて、特定の波長の光を吸収する吸収型フィルタと特定の波長の光を反射する誘電体多層膜３とを組み合わせた誘電体多層膜フィルタとすることにより、誘電体多層膜３で反射された反射光が他の部材で反射されて再び入射する迷光を吸収型フィルタで吸収し、固体撮像素子へ入射することを完全に防止することが可能である
本発明の誘電体多層膜フィルタ１を構成する誘電体多層膜３は、光透過性基板２上に高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構造を有する。
誘電体多層膜３を構成する高屈折率層の材料として、ＴｉＯ２（ｎ＝２．４）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ＝２．２）、ＺｒＯ２（ｎ＝２．０５）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）などが用いられ、低屈折率層の材料として、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４６）、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６３）、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）等が用いられる。屈折率は、波長によって異なり、上記屈折率ｎは５００ｎｍの値である。
膜厚の基本的な設計は、一般に、高屈折率層と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰り返し交互層として、（０．５Ｈ、１Ｌ、０．５Ｈ）Ｓのように表される。ここで、カットしたい波長の中心近くの波長を設計波長λとし、光学的膜厚ｎｄ＝１／４λを１単位にして高屈折率層（Ｈ）の膜厚を１Ｈと表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌとする。Ｓはスタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。実際に積層される層数は２Ｓ＋１層となり、Ｓの値を大きくすると反射−透過へ変化する立ち上がり特性（急峻さ）を急にすることができる。Ｓの値としては３から２０程度の範囲から選定される。この繰り返し交互層によって、カットされる特定の波長が決定される。
透過帯域の透過率を高くし、リップルと呼ばれる光透過率の凹凸をフラットな特性にするためには、繰り返し交互層の基板近くと、媒質近くの数層ずつの膜厚を変化させて最適設計を行う。そのため、基板｜０．５ＬＨ・・・ＨＬ（ＨＬ）ｓＨＬ・・・Ｈ、０．５Ｌのように表記される。また、高屈折率層にＴｉＯ２などを使う場合、最外層を高屈折率層で終わらせるよりも、より耐環境特性にすぐれたＳｉＯ２を最外層に追加して設計を行うことが多い。基板に接する層もＴｉＯ２が基板と反応して特性が劣化することがあるので、化学的に安定なＳｉＯ２を第１層に追加することもある。このような多層膜カットフィルタの設計は市販のソフトウエアを用いて理論的に行うことができる（参考文献：ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ誌 １９９９ Ｎｏ．５ ｐ．１７５−１９０）。
高屈折率層と低屈折率層とを交互に光透過性基板上に成膜するには、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法でも可能であるが、膜の屈折率の安定した制御が可能で、保管・仕様環境変化による分光特性の経時変化が少ない膜を作成できるイオンアシスト蒸着やイオンプレーティング法、スパッタ法が望ましい。真空蒸着法は、高真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンプレーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加速して基板に付着させる方法であり、ＡＰＳ（Advanced Plasma Source）、ＥＢＥＰ（Electron Beam Excited Plasma）法、ＲＦ（Radio Frequency）直接基板印加法（成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反応性の真空蒸着を行う方法）などの方式がある。スパッタ法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突させて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方法である。成膜される層の屈折率等の光学定数は、成膜方法、成膜条件等で異なってくるので、製造前に成膜される層の光学定数を正確に測定する必要がある。
誘電体多層膜３を例えば赤外カットフィルタとするためには、最大透過率の半分の透過率を示す波長である半値が６５０±３０ｎｍの範囲であることが好ましい。このような半値とすることにより、固体撮像素子への近赤外線の入射を有効に遮断することができる。
図７に示した分光透過率を有する誘電体多層膜は、具体的には次のようにして成膜された。光透過性基板材料はＢＫ７（屈折率ｎｄ＝１．５２の白板ガラス）を用いた。使用する膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）がＴａ２Ｏ５、低屈折率層（Ｌ）がＳｉＯ２、成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置（昭和真空（株）製）を用いた。
膜厚構成は、λ＝７５５ｎｍ、基板側から１．１４１Ｈ、１．０８８Ｌ、１．０３Ｈ、１．０１Ｌ、（０．９９４Ｈ、０．９９４Ｌ）６、１．０２４Ｈ、１．０７７Ｌ、１．３０９Ｈ、０．１７５Ｌ、１．３６８Ｈ、１．２４１Ｌ、１．２７３Ｈ、１．２７７Ｌ、（１．２７５Ｈ、１．２７６Ｌ）６、１．２５７Ｈ、１．２７８Ｌ、１．２５４Ｈ、０．６２６Ｌの４０層である。
また、光透過性基板２の誘電体多層膜３を設けていない面、更に樹脂製集束レンズ４の外面に反射防止膜を形成することが好ましい。反射防止膜は、無機被膜、有機被膜の単層または多層で構成される。無機被膜と有機被膜との多層構造であってもよい。無機被膜の材質としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＭｇＦ２、ＷＯ３等の無機物が挙げられ、これらを単独でまたは２種以上を併用して用いることができる。また、多層膜構成とした場合は、最外層はＳｉＯ２とすることが好ましい。
無機被膜の多層膜としては、光透過性基板側からＺｒＯ２層とＳｉＯ２層の合計光学膜厚がλ／４，ＺｒＯ２層の光学的膜厚がλ／４、最上層のＳｉＯ２層の光学的膜厚がλ／４の４層構造を例示することができる。ここで、λは設計波長であり、通常５２０ｎｍが用いられる。
無機被膜の成膜方法は、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等を採用することができる。
有機被膜の材質は、例えばＦＦＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等を挙げることができる。成膜方法は、真空蒸着法の他、スピンコート法、ディップコート法などの量産性に優れた塗装方法で成膜することができる。
また、誘電体多層膜３を介して又は直接光透過性基板２上に形成される樹脂製集束レンズ４の形状は、誘電体多層膜３への入射角を減少させるように設計される。樹脂製集束レンズ４は、一般的なハイブリッドレンズの製造方法によって光透過性基板２上に形成することができる。例えば、光透過性基板２を一方の成形型とし、樹脂製集束レンズ４の凸面を転写する凹型キャビティ部を有する凸面成形型の凹型キャビティ部を有する平坦な成形面と光透過性基板２の樹脂製集束レンズ４を形成する平坦面とを組み合わせてハイブリッドレンズ成形型を作製する。ハイブリッドレンズ成形型の凹型キャビティ部に熱硬化性又は紫外線硬化性樹脂組成物を充填し、樹脂組成物を熱又は紫外線で硬化させ、凸面成形型を光透過性基板から脱離させることによって、光透過性基板２の上に樹脂製集束レンズ４が接合したハイブリッドレンズを製造することができる。樹脂製集束レンズ４の光学面の形状は、凹型キャビティ部の面形状が転写されることによって形成される。樹脂製集束レンズ４は光透過性基板２の一面側又は両面に形成しても良い。両面に形成した場合は、一方の樹脂製集束レンズは誘電体多層膜３を出射した光を屈折することになるため、例えば固体撮像素子１３０への入射角を低減する機能を有する。
次に、図４を参照しながら本発明の誘電体多層膜フィルタを低コストで製造することができる誘電体多層膜フィルタの製造方法について説明する。この誘電体多層膜フィルタの製造方法は、主として成形工程と切断工程を有する。
まず、図４（ａ）に示すように、ハイブリッドレンズ成形型を構成する大面積の光透過性基板２ａと凸面成形型５とを準備する。光透過性基板２ａには、予め特定の波長の光を反射する誘電体多層膜３を一面側又は両面に形成する。樹脂製集束レンズ４を貼り合わせた後では、樹脂製集束レンズ４を構成する樹脂の耐熱性が低いため、誘電体多層膜３を成膜することは困難である。また、光透過性基板２ａの一面側に反射防止膜を形成しておいてもよい。光透過性基板２ａの樹脂製集束レンズ４を形成する面を予めシランカップリング剤で処理し、光透過性基板２ａと樹脂製集束レンズ４との密着性を良好にすることが望ましい。
凸面成形型５は、樹脂製集束レンズ４の凸面を転写する凹型キャビティ部５１が図４（ｃ）に示すようなマトリクス状に多数配置された平坦な成形面５２を有する。凹型キャビティ部５１は樹脂製集束レンズ４の凸面の所定の光学面を転写できる形状に鏡面研磨されている。凸面成形型５は、金属又は無機ガラスで作製することができる。凸面成形型５の凹型キャビティ部５１は、その凹面の形状や径を個々に変えるようにして、複数の種類の樹脂製集束レンズ４を形成するようにしてもよい。凸面成形型５と光透過性基板２ａの形状、大きさは共通し、互いに組み合わせたときに、重なり合うようになっている。
次に、図４（ｂ）に示すように、凸面成形型５の平坦な成形面５２と光透過性基板２の樹脂製集束レンズ４を形成する平坦面とを重ね合わせ、予め凸面成形型５の凹型キャビティ部５１に光硬化性樹脂組成物６を充填して凸面成形型５と光透過性基板２ａとを重ね合わせるか、凸面成形型５と光透過性基板２ａとを重ね合わせた後に、凹型キャビティ部５１に光硬化性樹脂組成物６を充填する。そして、光透過性基板２ａ側又は凸面成形型５がガラス製であれば凸面成形型５側、あるいはこれらの両側から紫外線を照射して凹型キャビティ部５１内の光硬化性樹脂組成物６を硬化させる。
次に、図４（ｃ）に示すように、光透過性基板２ａから凸面成形型５を分離し、光透過性基板２ａの一面側に光硬化性樹脂組成物が硬化して形成された多数の島状の樹脂製集束レンズ４がマトリクス状に配置されて各々が光透過性基板２ａに接合した多数個取り成形板７を得ることができる。
次に、この多数個取り成形体７の樹脂製集束レンズ４が形成されている面やその反対側の面に対して反射防止膜を形成するようにしてもよい。多数個取り成形体７に反射防止膜を形成することによって、多数の誘電体多層膜フィルタに対して同時に成膜できることになり、成膜コストを低減することができる。
次に、切断工程で、図４（ｃ）の破線で示すような切断線８に沿って、ダイシングで個々の樹脂製集束レンズ４毎に光透過性基板２ａを切断することにより、多数の誘電体多層膜フィルタ１ｄを切り出して作製することができる。このようにして製造された誘電体多層膜フィルタ１ｄは、四辺形状の光透過性基板２の一面側に円形の樹脂製集束レンズ４が接合されている構造を有する。
このような誘電体多層膜フィルタの製造方法によれば、誘電体多層膜３を大面積の光透過性基板２ａに一回の成膜工程で成膜することにより、多数の誘電体多層膜フィルタに対して一回の成膜工程で成膜できることになり、誘電体多層膜の成膜コストを低減することができる。また、成形工程で、光透過性基板２ａの表面に多数の樹脂製集束レンズ４を一回の成形で形成することができる。更に、反射防止膜の形成も、大面積の光透過性基板２ａに一回の成膜工程で成膜することにより、多数の誘電体多層膜フィルタに対して一回の成膜工程で成膜できることになり、反射防止膜の成膜コストを低減することができる。また、切断工程でこれらの樹脂製集束レンズ４毎に切り出すことにより、多数の誘電体多層膜フィルタ１を簡便に製造することが可能である。そのため、誘電体多層膜フィルタ１を低コストで製造することができる。
サイズ１／３．６inch（対角５ｍｍ）の固体撮像素子の中心から２．５ｍｍ離れた点に入射する光線について、ほぼ同じ画角をもつ誘電体多層膜フィルタの比較例の設計データを表１に、実施例の設計データを表２に示す。また、図５（ａ）に比較例のレンズ断面図、図５（ｂ）に実施例のレンズ断面図を示す。レンズ断面図において、Ｒｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、入射側から固体撮像素子に向かって順にレンズ面番号を示し、ｄｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、入射側から固体撮像素子に向かって順に主光線軸におけるレンズの中心厚及びレンズ間の空気間隔（ｍｍ）を示す。表１及び表２には、図５に示すレンズ断面図における各レンズ面Ｒｉの曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚及び各レンズ間の空気間隔ｄｉ（ｍｍ）、入射側から固体撮像素子に向かって順にｉ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。また、表１及び表２の下段に下記非球面式における非球面係数のｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を示す。
Figure 2005234038
 但し、ｚは曲面の座標値、ｒは光軸と直交する方向における光軸からの距離、ｃはレンズ頂点における曲率、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０はそれぞれ非球面係数である。
Figure 2005234038
Figure 2005234038
 比較例の設計では、固体撮像素子の中心から２．５ｍｍ離れた点に入射する光線の防塵カバー表面での入射角は１９．９°であったが、実施例の設計では１６．９°であり、３°入射角を小さくすることができた。その結果、画像の色むらを改善することができた。
本発明の誘電体多層膜フィルタは、デジタルカメラなどの固体撮像素子に赤外線が入射しないようにカットする用途に利用することができる。
本発明の誘電体多層膜フィルタの製造方法は、かかる誘電体多層膜フィルタを低コストで製造する用途に利用することができる。
本発明の固体撮像素子デバイスは、デジタルカメラなどの光学機器での光学像を電気信号に変換する用途に利用することができる。
（ａ）〜（ｃ）は本発明の誘電体多層膜フィルタの種々の形態を示す断面図である。 本発明の固体撮像素子デバイスの一実施形態の構造を示す断面図である。 本発明の誘電体多層膜フィルタにおける入射角を低減できる機能を説明する光路図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の誘電体多層膜フィルタの製造方法の工程を説明するフローチャートである。 比較例（ａ）と実施例（ｂ）のレンズ断面図である。 従来の防塵カバーにおける入射角を説明する光路図である。 誘電体多層膜の分光透過率の一例を示すグラフである。 誘電体多層膜の角度依存性を示すグラフである。
符号の説明
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ：誘電体多層膜フィルタ、２，２ａ：光透過性基板、３：誘電体多層膜、４：樹脂製集束レンズ、２１：第１複屈折板、２２：第２複屈折板、２３：高分子フィルム（１／４波長板）、１００：固体撮像デバイス、１１０：パッケージ、１２０：開口部、１３０：固体撮像素子、１４０：外部接続配線

Claims (8)

  1. 少なくとも一面側に平坦面を有する光透過性基板と、前記光透過性基板の前記平坦面に形成された特定の波長の光を反射する誘電体多層膜と、前記光透過性基板の少なくとも一面側に張り合わされた樹脂製集束レンズとを有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  2. 請求項１記載の誘電体多層膜フィルタにおいて、
    前記光透過性基板が、少なくとも１枚の複屈折板を有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  3. 請求項１記載の誘電体多層膜フィルタにおいて、
    前記光透過性基板が、第１複屈折板と、第２複屈折板と、これらの第１複屈折板と第２複屈折板に挟まれた１／４波長板としての高分子フィルムとを有する光学ローパスフィルタであることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  4. 請求項１記載の誘電体多層膜フィルタにおいて、
    前記光透過性基板が、特定の波長の光を吸収する吸収型フィルタであることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  5. 請求項１〜４いずれかに記載の誘電体多層膜フィルタにおいて、
    前記樹脂製集束レンズの外面が非球面であることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  6. 請求項１〜５いずれかに記載の誘電体多層膜フィルタにおいて、
    前記誘電体多層膜における最大透過率の半分の透過率を示す波長である半値が、６５０±３０ｎｍの範囲であることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  7. 一面側又は両面に特定の波長の光を反射する誘電体多層膜が設けられた板状の光透過性基板と、集束レンズの形状を転写する複数個の凹型キャビティ部が設けられた成形面を有する凸面成形型の前記成形面とを組み合わせたハイブリッドレンズ成形型の前記凹型キャビティ部に充填された硬化性組成物を硬化させる成形工程と、
    前記凸面成形型を取り外した後、前記光透過性基板の表面に形成された前記硬化性組成物を硬化して形成された樹脂製集束レンズ毎に前記光透過性基板を切断する切断工程と
    を有することを特徴とする誘電体多層膜フィルタの製造方法。
  8. 開口部を有するパッケージと、前記パッケージ内に前記開口部と対向して固定されている固体撮像素子と、前記開口部を閉塞している光透過性の防塵カバーとを備える固体撮像デバイスにおいて、
    前記防塵カバーが、板状の光透過性基板と、前記光透過性基板の少なくとも一面側に形成された特定の波長の光を反射する誘電体多層膜と、前記光透過性基板の入射側の面に張り合わされた樹脂製集束レンズとを有する誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする固体撮像デバイス。
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