JP2011191396A - Optical element and method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を透過させる基板上に光学面及び光学機能膜を形成した光学素子及び光学素子の製造方法に関し、特に光学機能膜及び光学面を形成する樹脂基板に対する密着性を高くした光学素子及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element in which an optical surface and an optical functional film are formed on a substrate that transmits light, and a method for manufacturing the optical element, and in particular, an optical element having high adhesion to a resin substrate on which the optical functional film and the optical surface are formed. And an optical element manufacturing method.
従来、光を透過させるガラスや樹脂などからなる基板上に、レンズなどの光学面を形成してなる光学素子が知られている。光学素子は、基板上に光学面をアレイ状に配置形成し、基板をダイシングによって切断することで、効率よく形成することができる。 Conventionally, an optical element in which an optical surface such as a lens is formed on a substrate made of glass or resin that transmits light is known. An optical element can be efficiently formed by arranging and forming optical surfaces in an array on a substrate and cutting the substrate by dicing.
また、基板上には、光学面と共に薄膜が形成されることがある。薄膜は、例えば光を透過しない材料からなり、光学面を透過する光が通過する領域以外の領域に渡って形成される絞りとして機能するアパーチャーや、また所定の波長帯域、例えば赤外線を透過させない材料からなり、基板の全面に渡って形成されるIRカットフィルターなどがある。透明な基板上に遮光用被膜を形成し、レンズの絞りとして用いるものとして、特許文献1に挙げるものがある。
In addition, a thin film may be formed on the substrate together with the optical surface. The thin film is made of a material that does not transmit light, for example, an aperture that functions as a diaphragm formed over a region other than a region through which light transmitted through the optical surface passes, and a material that does not transmit a predetermined wavelength band such as infrared light And an IR cut filter formed over the entire surface of the substrate.
基板の表面に薄膜を形成した場合、その後にダイシングがなされることで、薄膜が剥離することがあった。また、基板の表面に型を用いて光学面を形成する際に、樹脂が型の方に付着してしまい、所定形状の光学面が形成されないことがあった。これは、薄膜と基板もしくは樹脂と基板との密着性が低いことに起因する。 When a thin film is formed on the surface of the substrate, the thin film may be peeled off by dicing thereafter. In addition, when an optical surface is formed on the surface of the substrate using a mold, the resin adheres to the mold, and an optical surface having a predetermined shape may not be formed. This is due to the low adhesion between the thin film and the substrate or between the resin and the substrate.
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、基板上に形成される薄膜もしくは光学面の密着性を高くし、剥離を防止することのできる光学素子及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an optical element and a method for manufacturing the optical element that can increase the adhesion of a thin film or an optical surface formed on a substrate and prevent peeling. With the goal.
前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、光を透過させる基板に光学機能膜及び光学面が形成されてなる光学素子において、
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域以外の領域は、粗面加工されてなり、該粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜及び光学面が成膜形成されてなることを特徴として構成されている。
In order to solve the above problems, an optical element according to the present invention is an optical element in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light.
Of the surface of the substrate, a region other than a region through which light passing through the optical surface passes is roughened, and the optical functional film and the optical surface are formed on the surface of the substrate including the roughened region. Is formed as a film.
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、光を透過させる基板に光学機能膜及び光学面が形成されてなる光学素子の製造方法において、
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域をマスクによって覆い、該マスクにより覆われた領域以外の領域を粗面加工し、前記マスクを除去して前記粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜を成膜及び光学面を形成することを特徴として構成されている。
The optical element manufacturing method according to the present invention is an optical element manufacturing method in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light.
A region of the surface of the substrate through which the light transmitted through the optical surface passes is covered with a mask, a region other than the region covered with the mask is roughened, and the mask is removed to roughen the surface. The optical functional film is formed on the surface of the substrate including the region, and an optical surface is formed.
さらに、本発明に係る光学素子の製造方法は、光を透過させる基板に光学機能膜及び光学面が形成されてなる光学素子の製造方法において、
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域をマスクによって覆い、該マスクにより覆われた領域以外の領域を粗面加工し、該粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜を成膜し、前記マスクを除去して前記基板の表面に光学面を形成することを特徴として構成されている。
Furthermore, an optical element manufacturing method according to the present invention is an optical element manufacturing method in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light.
A region of the surface of the substrate through which the light transmitted through the optical surface passes is covered with a mask, a region other than the region covered with the mask is roughened, and the surface of the substrate including the roughened region is included. The optical functional film is formed on the surface, the mask is removed, and an optical surface is formed on the surface of the substrate.
さらにまた、本発明に係る光学素子の製造方法は、前記マスクはフォトリソグラフィーまたはポッティングにより形成されることを特徴として構成されている。 Furthermore, the method for manufacturing an optical element according to the present invention is characterized in that the mask is formed by photolithography or potting.
そして、本発明に係る光学素子の製造方法は、前記マスクは前記基板の所定領域に当接するマスク部材からなり、該マスク部材を基板に取付けて所定領域を覆い、前記粗面加工の後に前記マスク部材を基板から取り外すことで前記マスクを除去することを特徴として構成されている。 In the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the mask includes a mask member that contacts a predetermined area of the substrate, the mask member is attached to the substrate to cover the predetermined area, and the mask is formed after the rough surface processing. The mask is removed by removing the member from the substrate.
本発明に係る光学素子によれば、基板の表面のうち光学面を透過する光が通過する領域以外の領域は、粗面加工されてなり、粗面加工された領域を含む基板の表面に光学機能膜もしくは光学面が形成されてなることにより、光学機能膜もしくは光学面の基板に対する密着性を向上させることができるので、剥離を防止でき、一方で光学的な特性には影響を与えることがないようにすることができる。 According to the optical element of the present invention, the region other than the region through which the light transmitted through the optical surface passes out of the surface of the substrate is roughened and optically applied to the surface of the substrate including the roughened region. By forming the functional film or optical surface, it is possible to improve the adhesion of the optical functional film or optical surface to the substrate, so that peeling can be prevented, while optical properties can be affected. Can not be.
また、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、基板の表面のうち光学面を透過する光が通過する領域をマスクによって覆い、マスクした領域以外の領域を粗面加工し、マスクを除去して粗面加工された領域を含む基板の表面に光学機能膜を成膜及び光学面を形成する、または、基板の表面のうち光学面を透過する光が通過する領域をマスクし、マスクした領域以外の領域を粗面加工し、粗面加工された領域を含む基板の表面に光学機能膜を成膜し、マスクを除去して基板の表面に光学面を形成することにより、光学特性に影響を与えないようにしつつ、光学機能膜の基板に対する密着性を向上させることができる。 Further, according to the method of manufacturing an optical element according to the present invention, a region of the surface of the substrate through which light transmitted through the optical surface passes is covered with a mask, and regions other than the masked region are roughened to remove the mask. Then, an optical functional film is formed on the surface of the substrate including the roughened region and an optical surface is formed, or a region of the substrate surface through which light passing through the optical surface passes is masked and masked. By roughing the region other than the region, forming an optical functional film on the surface of the substrate including the roughened region, removing the mask and forming the optical surface on the surface of the substrate, thereby improving the optical characteristics. It is possible to improve the adhesion of the optical functional film to the substrate while preventing the influence.
さらに、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、マスクはポッティングにより形成されることにより、低コストに製造できる。 Furthermore, according to the method for manufacturing an optical element according to the present invention, the mask can be manufactured at low cost by being formed by potting.
さらにまた、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、マスクは基板の所定領域に当接するマスク部材からなり、マスク部材を基板に取付けて所定領域を覆い、粗面加工の後にマスク部材を基板から取り外すことでマスクを除去することにより、基板の表面にマスクを形成、除去する工程を簡素化できる。 Furthermore, according to the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the mask is formed of a mask member that comes into contact with a predetermined area of the substrate, and the mask member is attached to the substrate to cover the predetermined area. By removing the mask by removing it from the substrate, the process of forming and removing the mask on the surface of the substrate can be simplified.
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図1には、本発明を適用した光学素子を備えたレンズユニットの断面図を示している。この図に示すように、レンズユニットは、第1の光学素子1と第2の光学素子2及びセンサー3が、それぞれ離隔配置され構成されている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a lens unit including an optical element to which the present invention is applied. As shown in this figure, the lens unit includes a first
第1の光学素子1には、光を透過させる第1の基板10の各面に、それぞれ第1の光学面11と第2の光学面12が形成されている。第1の光学面11は、第1の基板10における外部側を向く面に形成され、第2の光学面12は、第1の基板10におけるセンサー3側を向く面に形成されている。
In the first
また、第1の光学素子1には、第1の基板10の第1の光学面11が形成される面に、遮光膜13が形成されている。遮光膜13は、可視光を透過させない特性を有する層が薄膜状に形成されてなるものであり、また所定の径を有する円形の開口部13aが形成されている。遮光膜13に必要な特性を有する材料としては、例えばブラックレジストもしくはクロムなどの金属が挙げられる。
In the first
第1の光学面11は、開口部13a及び該開口部13aより外周側の遮光膜13を覆うように、紫外線硬化樹脂によって形成される。すなわち、第1の光学面11は、周縁部が遮光膜13の開口部13a近傍と重なり合うように配置されている。これにより、遮光膜13の開口部13aは、第1の光学面11の絞りとして機能する。
The first
第2の光学素子2には、光を透過させる第2の基板20の各面に、それぞれ第3の光学面21と第4の光学面22が形成されている。第3の光学面21は、第2の基板20における第1の光学素子1の第2の光学面12と対向する面に形成され、第4の光学面22は、第2の基板20におけるセンサー3側を向く面に形成されている。
In the second optical element 2, a third
第2の基板20の第3の光学面21が形成される面には、遮光膜23が形成されている。遮光膜23の構成は、第1の光学素子1に形成されているものと同様であり、第3の光学面21における絞りとして機能する開口部23aを有している。
A
第2の基板20の第4の光学面22が形成される面には、全面に渡ってフィルター膜24が形成されている。フィルター膜24は、可視光を透過させ赤外線を透過させない特性を有する層が薄膜状に形成されてなるものであり、低屈折率材料の層と高屈折率材料の層を交互に積層することで構成される。
A
第1の光学素子1と第2の光学素子2は、第1のスペーサー4を介して所定間隔離隔し、対向するように配置される。また、第2の光学素子2とセンサー3は、第2のスペーサー5を介して所定間隔離隔し、対向するように配置される。これにより、第1の光学素子1と第2の光学素子2の第1の光学面11から第4の光学面22により、センサー3に外部からの光が集光される。
The first
次に、第1の光学素子1と第2の光学素子2の製造工程について説明する。図2には、第1の光学素子1の製造工程を表した断面図を示している。図2(a)は、第1の基板10であり、本実施形態では透明なガラス基板を用意する。なお、この製造工程においては、完成品である光学素子を一度に多数形成するため、大きいガラス基板が用意されて光学面がアレイ状に複数形成され、この製造工程が完了した後に、ダイシングにより個別の光学素子として切り離される。ただし、図2、4においては、簡略化して光学素子1個分について図示してある。
Next, the manufacturing process of the first
図2(b)に示すように、第1の基板10の表面には、マスク30が形成される。マスク30は、第1の光学面11と第2の光学面12を通過する光の経路となる領域であって、遮光膜13の開口部13aとなる領域に形成される。このマスク30は、フォトリソグラフィーの手法により形成することができる。
As shown in FIG. 2B, a
所定領域にマスク30を形成したら、図2(c)に示すように、第1の基板10の表面に対して粗面加工を行う。図3には、粗面加工の工程を表した概要図を示している。本実施形態において粗面加工は、ウェットブラストの手法を用いて行われる。ウェットブラストは、粒子状の研磨剤を含む水などの液体と圧縮空気を混合状態とし、これをブラストガンから対象物に向かって噴射することにより、平滑面の面粗度を大きくするものである。
When the
図3に示すように、第1の基板10となる大基板15にマスク30がアレイ状に形成された状態で、大基板15の外縁部を固定チャック40で固定し、大基板15の表面に対して、混合状態となった粒子状の研磨剤を含む水などの液体と圧縮空気とをブラストガン41から噴射する。これにより、大基板15の表面は、マスクされた領域以外の面粗度が大きくなる。
As shown in FIG. 3, with the
粗面加工を行ったら、図2(d)に示すように、第1の基板10の表面に遮光膜13を形成する。遮光膜13は、蒸着またはスパッタもしくはウェットコーティングの手法により形成される。続いて、図2(e)に示すように、マスク30が除去される。これによって、第1の光学面11が形成される面については、粗面加工された光が通過する領域以外の領域を、遮光膜13が覆って開口部13aが形成された状態となる。また、第2の光学面12が形成される面については、光が通過する領域以外が粗面加工された状態となる。
When the rough surface processing is performed, the
このように表面が粗面加工されると共に、遮光膜13が形成された第1の基板10に対し、光学面を形成する。図2(f)に示すように、第1の基板10の遮光膜13が形成された側の面に、第1の光学面11が形成される。第1の光学面11は、光または熱硬化樹脂からなり、金型により樹脂材料を第1の基板10に対して押圧して形状を転写し、特定波長の光を照射または加熱することにより、樹脂材料を硬化させて形成される。続いて、図2(g)に示すように、第1の基板10の反対側の面に対しても、同様の手法により第2の光学面12を形成する。
The surface is thus roughened and an optical surface is formed on the
このように、第1の基板10の表面に対し、光が通過する領域以外の領域を粗面加工したことで、遮光膜13の第1の基板10の表面に対する密着性を大きくすることができる。これにより、前述のように、これらの工程の後、ダイシングによって第1の基板10が切り離されるが、その際に遮光膜13が剥離することを防止することができる。また、第1の光学素子1においては、薄膜は第1の光学面11側にのみ形成されるが、粗面加工は第1の基板10の両面に対して行っている。これにより、第2の光学面12の第1の基板10に対する密着性を向上させることができ、第2の光学面12の剥離を防止することができる。
As described above, the surface of the
図4には、第2の光学素子2の製造工程を表した断面図を示している。第2の光学素子2についても、図4(a)に示すように、透明なガラス基板を用意し、図4(b)に示すように、第2の基板20の表面にマスク50を形成する。マスク50は、第3の光学面21と第4の光学面22を通過する光の経路となる領域に形成される。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second optical element 2. Also for the second optical element 2, a transparent glass substrate is prepared as shown in FIG. 4A, and a
続いて、図4(c)に示すように、第2の基板20の表面に粗面加工を施す。この粗面加工は、第1の光学素子1について説明したのと同様の工程で行われる。粗面加工を行ったら、図4(d)に示すように、第2の基板20の第3の光学面21を形成する面に対して、蒸着またはスパッタもしくはウェットコーティングの手法により遮光膜23を形成する。図4(e)に示すように、マスク50を除去すると、開口部23aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the surface of the
次に、図4(f)に示すように、第2の基板20の第4の光学面22を形成する面に対して、蒸着またはスパッタの手法により、フィルター膜24を形成する。この段階で、第2の基板20の第4の光学面22を形成する面には、マスクが形成されていないので、フィルター膜24は、当該面の全面に渡って形成される。
Next, as shown in FIG. 4F, a
第2の基板20の両面にそれぞれ薄膜を形成したら、図4(g)に示すように、第2の基板20に対して第3の光学面21を形成し、さらに図4(h)に示すように、反対側の面に第4の光学面22を形成する。これら光学面の形成は、第1の光学素子1の第1の光学面11及び第2の光学面12の形成と同様の手法で行われる。
When thin films are formed on both surfaces of the
このように、第2の光学素子2についても、第2の基板20の表面のうち光が通過する領域以外の領域を粗面加工することにより、遮光膜23やフィルター膜24の密着性を高くすることができ、この後の工程で行われるダイシングの際に、薄膜が剥離しないようにすることができる。
As described above, the second optical element 2 also has high adhesion to the
本実施形態では、基板上にマスクを形成するのに、フォトリソグラフィーの手法を用いているが、マスクされる領域、すなわち粗面加工されない領域の位置及び大きさに高精度が求められない場合には、ポッティングの手法を用いることもできる。この場合には、マスクの材料となる液体を基板上の所定位置に滴下し、硬化させることによって、マスクが形成される。ポッティングの手法を用いることで、フォトリソグラフィーの場合よりもコストダウンを図ることができる。 In this embodiment, a photolithography technique is used to form a mask on a substrate. However, when high accuracy is not required for the position and size of a masked region, that is, a region that is not roughened. Can also use a potting technique. In this case, a mask is formed by dropping a liquid as a mask material onto a predetermined position on the substrate and curing it. By using the potting technique, the cost can be reduced as compared with the case of photolithography.
フォトリソグラフィーやポッティングによりマスクを基板上に形成する方法は、マスクの形成工程と除去工程を必要とするため、製造工程が煩雑化する。このため、マスクをマスク部材によってなすようにしてもよい。図5には、マスク部材60を用いてマスクする場合の概念的な断面図を示している。この場合も図3と同様に、大基板15の外縁部が固定チャック40で固定される。また、大基板15に対して、光が通過する領域に当接して覆う被覆部61を備えたマスク部材60が取付けられる。マスク部材60は、複数の被覆部61が連結部62で連結されてなり、ブラストガン41からの粒子によって、大基板15のうち被覆部61で被覆された領域以外の面粗度を大きくする粗面加工が行われる。粗面加工を行ったら、マスク部材60を大基板15から取り外すことで、マスク除去をなすことができる。
The method of forming a mask on a substrate by photolithography or potting requires a mask formation process and a removal process, which complicates the manufacturing process. For this reason, the mask may be formed by a mask member. FIG. 5 shows a conceptual cross-sectional view when masking is performed using the
このように、基板のうち光が通過する領域をマスク部材60によりマスクすることで、マスクを基板上に形成し、また除去する工程を簡素化することができる。また、マスク部材60の構成としては、以下のように様々な形態が考えられる。図6には、第2の形態のマスク部材60により大基板15をマスクした状態の斜視図を示している。
In this way, by masking the region through which light passes through the
図6に示すように、第2の形態のマスク部材60は、円盤状の基部65に多数のロッド66が立設されてなり、ロッド66の先端面が大基板15に当接して所定領域を覆う被覆部67となっている。被覆部67は、大基板15において形成される基板のうち光が通過する領域を覆うように形成されている。
As shown in FIG. 6, the
また、図7には、第3の形態のマスク部材60により大基板15をマスクした状態の斜視図を示している。第3の形態のマスク部材60は、大基板15の表面に取付けられるものであって、大基板15の外周に沿う外縁部70内に複数の被覆部71が形成され、各被覆部71同士及び被覆部71と外縁部70は、細長い連結部72により連結されて構成されている。被覆部71は、大基板15において形成される基板のうち光が通過する領域に当接して表面を覆うように形成されている。
FIG. 7 shows a perspective view of the
本形態のマスク部材60は、連結部72の部分も大基板15を覆うこととなるが、連結部72は細長く形成されており、被覆部71と連結部72以外の大基板15の表面は、ブラストガン41からの粒子により粗面加工されるので、本発明の効果は十分に得ることができる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。本実施形態では、光学面としてレンズを形成しているが、光学面は回折格子などその他の光学的に機能する面であればよい。また、基板の表面に形成される薄膜も、遮光膜やフィルター膜には限られず、反射防止膜や反射膜など、光学的に機能する膜であればよい。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the application of the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied in various ways within the scope of its technical idea. In this embodiment, a lens is formed as an optical surface, but the optical surface may be any other optically functional surface such as a diffraction grating. Further, the thin film formed on the surface of the substrate is not limited to the light shielding film or the filter film, and may be any film that functions optically, such as an antireflection film or a reflection film.
1 第1の光学素子
2 第2の光学素子
3 センサー
4 第1のスペーサー
5 第2のスペーサー
10 第1の基板
11 第1の光学面
12 第2の光学面
13 遮光膜
20 第2の基板
21 第3の光学面
22 第4の光学面
23 遮光膜
24 フィルター膜
60 マスク部材
61 被覆部
62 連結部
65 基部
66 ロッド
67 被覆部
70 外縁部
71 被覆部
72 連結部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域以外の領域は、粗面加工されてなり、該粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜及び光学面が成膜形成されてなることを特徴とする光学素子。 In an optical element in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light,
Of the surface of the substrate, a region other than a region through which light passing through the optical surface passes is roughened, and the optical functional film and the optical surface are formed on the surface of the substrate including the roughened region. An optical element formed by forming a film.
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域をマスクによって覆い、該マスクにより覆われた領域以外の領域を粗面加工し、前記マスクを除去して前記粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜を成膜及び光学面を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light,
A region of the surface of the substrate through which the light transmitted through the optical surface passes is covered with a mask, a region other than the region covered with the mask is roughened, and the mask is removed to roughen the surface. A method of manufacturing an optical element, comprising forming the optical functional film on the surface of the substrate including a region and forming an optical surface.
前記基板の表面のうち前記光学面を透過する光が通過する領域をマスクによって覆い、該マスクにより覆われた領域以外の領域を粗面加工し、該粗面加工された領域を含む前記基板の表面に前記光学機能膜を成膜し、前記マスクを除去して前記基板の表面に光学面を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element in which an optical functional film and an optical surface are formed on a substrate that transmits light,
A region of the surface of the substrate through which the light transmitted through the optical surface passes is covered with a mask, a region other than the region covered with the mask is roughened, and the surface of the substrate including the roughened region is included. A method of manufacturing an optical element, comprising forming the optical functional film on a surface, removing the mask, and forming an optical surface on the surface of the substrate.
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KR101623134B1 (en) | 2012-05-28 | 2016-05-20 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | Pattern inspection device and pattern inspection method |
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