JP2009037180A

JP2009037180A - 樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子を持つ撮影素子

Info

Publication number: JP2009037180A
Application number: JP2007246530A
Authority: JP
Inventors: Kuo-Chiang Chu; 朱國強; Chien-Pang Chang; 張建邦
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-02-19
Also published as: TW200907396A; US20090034081A1

Abstract

【課題】樹脂製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することにより、多層薄膜レンズの使用を省略可能であり、ひいては撮影素子を小型化可能である樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子を持つ撮影素子を提供する。
【解決手段】樹脂製光学素子２１の表面には光濾過用多層薄膜が真空蒸着されてあり、前記光濾過用多層薄膜は、多数の高屈折率薄膜と、多数の低屈折率薄膜とを含み、且つ前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とは交錯に形成されて積層することを特徴とする、樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子を持つ撮影素子に係り、特に、樹脂製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することにより、多層薄膜レンズの使用を省略可能であり、ひいては撮影素子を小型化可能である樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子を持つ撮影素子に関するものである。

目下、デジカメ、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＤドライブ、プロジェクタと家庭用ゲーム機などの消費性電子製品の小型化および精密化が強く要請され、その内部に組み付けられる撮影素子の高効率化も強く要請される。だから、将来の撮影素子は小型化と高分解能とを同時に持つのが不可欠なことである。

図１に示したのは、携帯電話やＰＤＡに組付けられた撮影素子である。その構造は、若干の光学素子１１と、一枚の多層薄膜レンズ１２（ガラス基板１２１と、光濾過用多層薄膜１２２とを含み）とをレンズ円筒１０の内部に設置する（例にするレンズは赤外線遮断用レンズ）。多層薄膜レンズ１２を使用する原因は、このような光感応素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ）が人間の目で見えない赤外線を感応可能であることにある。多層薄膜レンズ１２を使用しないと、撮った写真は、人間の目で見える映像と、人間の目で見えない映像とが同時に表示され、本来の様子と相違になる。このような赤外線を低減するために、撮影素子に多層薄膜レンズ１２を取り付けることが必要であり、そうすると、光感応素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ）は人間の目で見える映像だけを感応するようになる。

同じように、光学システムを使用する消費性電子製品では、光学素子の波長の要求を満足するために、別の種類の多層薄膜レンズが取り付けられる。例えば赤外線動作感応部材の場合には、赤外線透過レンズによって可視光を遮断し、赤外線だけを透過し、また、ＤＶＤドライブ用読取ヘッドは、偏光板および分光鏡によって、特定のレーザだけが光経路を通過可能であり、また、プロジェクタは、三原色（赤、緑と青）の光ろ過用レンズによって、白光の可視光を赤、緑と青に分けて映像を処理する。

上記多層薄膜レンズの原理は、異なる屈折率の薄膜が特定の層数および厚さで、光波の干渉が発生して、特定の波長の光がろ過されることにある。なお、特定の層数および厚さは、1952年にL.I.Epstein氏が提出した対称薄膜理論によって、高屈折率薄膜Ｈと前記低屈折率薄膜Ｌとを、（（Ｈ/2）*Ｌ*（Ｈ/2））^Ｓ、又は（（Ｌ/2）*Ｈ*（Ｌ/2））^Ｓの構造（Ｓは周期）に合せて、必要な規格によって薄膜の厚さを調整して得ることができる。

なお、多層薄膜レンズの作製は、物理真空蒸着（ＰＶＤ）によって、設計の通りに光ろ過用多層薄膜１２２を大面積のガラス基板に積層した後、裁断、エッジ修正と清潔などの複雑なプロセスを経て多層薄膜レンズが完成する。特に、特定の波長の光を遮断するために、光ろ過用多層薄膜の総層数は４０層を超える。

上記の説明から明らかなように、多層薄膜レンズは光学システムの色々な性能上の要求を達成可能である。しかし、スネルス定理（Snell’s Law）から明らかなように、多層薄膜レンズのガラス基板によって総光ストロークが増加される。これは、光の媒質における光ストロークが媒質の屈折率と反比例することにあり、すなわち、ガラス基板において光ストロークが短縮される。しかし、現像システムの総光ストロークが一定であるので、ガラス基板において短縮される光ストロークが光学システムに増加されるべきである。その結果、多層薄膜レンズに使用によって光学システムの体積が増加する。それは、小型化が強く要請される撮影素子にとって極めて不利である。

また、多層薄膜レンズに使用によって、撮影素子の材料コストが増加する。この問題を解決するために、ガラス製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することが提案された。しかし、ガラス製光学素子によりも樹脂製光学素子の生産コストが低いので、樹脂製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することが研究開発している。だが、蒸発源の操作温度が2500℃を超え、且つ光ろ過用多層薄膜の総層数が４０層を超えるので、高温環境において長時間に露出する基板は２５０℃〜３５０℃にも達する。このような高温は、強固な薄膜を形成可能であるが、軟化温度が８０℃〜１５０℃である樹脂材料１２１への適用は不向きである。

本発明の主な目的は、樹脂製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することにより、多層薄膜レンズの使用を省略可能であり、ひいては撮影素子を小型化可能である樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子持ち撮影素子を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本願の発明は、樹脂製光学素子の表面には光濾過用多層薄膜が真空蒸着してあり、前記光濾過用多層薄膜は、多数の高屈折率薄膜と、多数の低屈折率薄膜とを含み、且つ前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とは交錯に形成されて積層することを特徴とする樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜を蒸着しているときには、蒸発源と前記樹脂製光学素子との距離を１００センチ以上にすることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜を真空蒸着した後に、１min〜４minをそのまま放置することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜は真空蒸着設備によって真空蒸着を実施し、２５℃以下の冷却水が前記真空蒸着設備に流入されることを特徴とする、請求項３に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜の各層の蒸着時間は、蒸着した後の放置時間を除いて、４分間以内に制御することを特徴とする、請求項３に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜の合計総層数は４０層以上であることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とを真空蒸着しているときには、前記樹脂製光学素子の温度が８０℃を超えないことを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記樹脂製光学素子を蒸着しているときには、イオンにて蒸着効果を向上することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜は蒸着材料がTi₃O₅を採用し、且つ前記低屈折率薄膜は蒸着材料がSiO₂を採用することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜は蒸着材料がNb₂O₅を採用し、且つ前記低屈折率薄膜は蒸着材料がSiO₂を採用することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法であることを要旨としている。

本願の発明では、前記撮影素子の内部に位置される少なくとも一つの樹脂製光学素子と、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜とを含み、前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とが前記樹脂製光学素子の上で交錯に形成されて積層する光ろ過用多層薄膜とを含むことを特徴とする、樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本願の発明では、前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜の合計総層数は４０層〜６０層程度であることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本願の発明では、前記光ろ過用多層薄膜の高屈折率薄膜の屈折率は2.0よりも大きく、前記光ろ過用多層薄膜の低屈折率薄膜の屈折率は1.5よりも小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本願の発明では、前記樹脂製光学素子の表面は、平面でもいいし、曲面でもいいことを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本願の発明では、前記樹脂製光学素子は前記撮影素子の外側に位置されることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本願の発明では、前記樹脂製光学素子は前記撮影素子の真ん中に位置されることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子であることを要旨としている。

本発明の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子持ち撮影素子によれば、樹脂製光学素子に光ろ過用多層薄膜を直接に蒸着することにより、多層薄膜レンズの使用を省略可能であり、ひいては撮影素子を小型化可能である効果を有する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図２を参照しながら本発明の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法とその樹脂製光学素子持ち撮影素子を詳細に説明する。本発明の実施例では、多層薄膜レンズが赤外線遮断レンズである。

本発明は、光ろ過用多層薄膜（本実施例では、赤外線遮断用薄膜３０）を樹脂製光学素子２１の表面に蒸着する。各層の薄膜の蒸着時間は４分間以下であり、蒸発源と樹脂製光学素子２１との間の距離を１００センチ以上にし、各薄膜を蒸着した後に１〜４分間にそのまま放置することにより、樹脂製光学素子２１の温度が８０℃以下に制御され、且つイオンにて蒸着効果を向上し、本発明によれば、撮影素子に赤外線遮断用レンズを別に設置することが必要なくなる。

また、図２に示すように、レンズ円筒２０の内部に樹脂製光学素子２１，２２，２３が順次に重ねている。前記樹脂製光学素子２１の表面には赤外線遮断用薄膜３０が蒸着してあり、前記赤外線遮断用薄膜３０は、図４に示すように、２６層のNb₂O₅を採用した高屈折率薄膜と、２６層のSiO₂を採用した低屈折率薄膜と、が交錯に形成されて５２層にも積層する。

また、図３を参照する。図３に示したのは本発明を赤外線感応部材に適用して赤外線透過レンズを省略した実施例である。レンズ円筒４０の内部に樹脂製光学素子４１，４２，４３，４４が順次に重ねている。前記樹脂製光学素子４２の表面には赤外線透過可能薄膜５０が物理真空蒸着（ＰＶＤ）にて蒸着してあり、前記赤外線透過可能薄膜５０は、図５に示すように、Ti₃O₅を採用した高屈折率薄膜と、SiO₂を採用した低屈折率薄膜とが交錯に形成されて４６層にも積層する。

最後に、図６と図７を参照しながら本発明と従来のものとの比較を説明する。従来の撮影素子（図６の左側）と、本発明による撮影素子（図６の右側）とに同じ感光素子モジュールを合せて撮影をテストした。図６は、上記の二つの撮影素子（従来のものと本発明）によって光度が均一であるバックライトを撮影して得られるものであり、両者は、光度の分布と、ＲＧＢ三原色の強さの分布とには差別がない。また、色板の撮影のテストにおいても、図７に示すように、上記の二つの撮影素子の前記色板における２４種類の顔色に対して撮影して得られる色合い及び見分け度は一致である。

従来の撮影素子を示す概略図本発明の実施例の概略図本発明の別の実施例の概略図赤外線が遮断されたスペクトルの概略図赤外線が透過されたスペクトルの概略図従来の撮影素子のテスト結果と本発明の撮影素子のテスト結果との資料従来の撮影素子のテスト結果と本発明の撮影素子のテスト結果との写真

符号の説明

１０レンズ円筒
１１光学素子
１２多層薄膜レンズ
２０レンズ円筒
２１樹脂製光学素子
２２樹脂製光学素子
２３樹脂製光学素子
３０赤外線遮断用薄膜
４０レンズ円筒
４１樹脂製光学素子
４２樹脂製光学素子
４３樹脂製光学素子
５０赤外線透過可能薄膜
１２１ガラス基板
１２２光ろ過用多層薄膜

Claims

樹脂製光学素子の表面には光濾過用多層薄膜が真空蒸着されてあり、前記光濾過用多層薄膜は、多数の高屈折率薄膜と、多数の低屈折率薄膜とを含み、且つ前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とは交錯に形成されて積層することを特徴とする、樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜を蒸着しているときには、蒸発源と前記樹脂製光学素子との距離を１００センチ以上にすることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜を真空蒸着した後に、１min〜４minをそのまま放置することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜は真空蒸着設備によって真空蒸着を実施し、２５℃以下の冷却水が前記真空蒸着設備に流入されることを特徴とする、請求項３に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜または前記低屈折率薄膜の各層の蒸着時間は、蒸着した後の放置時間を除いて、４分間以内に制御することを特徴とする、請求項３に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜の合計総層数は４０層以上であることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とを真空蒸着しているときには、前記樹脂製光学素子の温度が８０℃を超えないことを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記樹脂製光学素子を蒸着しているときには、イオンにて蒸着効果を向上することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜は蒸着材料がTi₃O₅を採用し、且つ前記低屈折率薄膜は蒸着材料がSiO₂を採用することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記高屈折率薄膜は蒸着材料がNb₂O₅を採用し、且つ前記低屈折率薄膜は蒸着材料がSiO₂を採用することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂製光学素子用多層薄膜真空蒸着方法。
前記撮影素子の内部に位置される少なくとも一つの樹脂製光学素子と、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜とを含み、前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜とが前記樹脂製光学素子の上で交錯に形成されて積層する光ろ過用多層薄膜とを含むことを特徴とする、樹脂製光学素子持ち撮影素子。
前記高屈折率薄膜と前記低屈折率薄膜の合計総層数は４０層〜６０層程度であることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子。
前記光ろ過用多層薄膜の高屈折率薄膜の屈折率は2.0よりも大きく、前記光ろ過用多層薄膜の低屈折率薄膜の屈折率は1.5よりも小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子。
前記樹脂製光学素子の表面は、平面または曲面であることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子。
前記樹脂製光学素子は前記撮影素子の外側に位置されることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子。
前記樹脂製光学素子は前記撮影素子の真ん中に位置されることを特徴とする、請求項１１に記載の樹脂製光学素子持ち撮影素子。